BR112019004638B1

BR112019004638B1 - Método para transformar uma polpa em um material fibroso de polpa pré-dispersa, material fibroso pré-disperso, e, sistema refinador

Info

Publication number: BR112019004638B1
Application number: BR112019004638-0A
Authority: BR
Inventors: Makhlouf Laleg; Lahoucine Ettaleb; Michael Stacey
Original assignee: Fpinnovations
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2022-11-22
Also published as: CA3036697A1; CA3036697C; CN109790681A; EP3512996A1; CN109790681B; US20210285156A1; JP2019526720A; JP7066684B2; BR112019004638A2; US11834785B2; EP3512996A4; WO2018049522A1; EP3512996B1

Abstract

A presente invenção é direcionada para um método para transformar um material fibroso de polpa em um material fibroso semi-seco ou seco pré-disperso e no material produzido. O método abre, desembaraça e fibrila o material fibroso da polpa de entrada. O método mistura o material fibroso de entrada com produtos químicos ao evaporar a umidade em um processo refinador de disco mecânico atualizado. O refinador opera para definir três variáveis de processo: 1) energia específica de refinamento aplicada; 2) abertura de lacuna do refinador e 3) consistência da saída de refinador. Dependendo do tipo e consistência da polpa de alimentação, a saída do refinador é um material fibroso semi-seco pré-disperso de 30 a 99% de sólidos com 70 a 100% de fibras separadas que, dependendo do tratamento químico, são materiais fibrosos emaranhados de forma solta que dispersam em água usando técnicas comuns. A saída semi-seca pré-dispersa pode ser adicionalmente processada em linha ou por agitação em ar de processo descontínuo a velocidades suficientes para, adicionalmente, separar as fibras e soltar os emaranhados fibrosos.

Description

Campo da invenção

[001] O presente relatório descritivo diz respeito a um método que permite a transformação de fibras de polpa de alta consistência em materiais fibrosos de polpa dispersíveis de formas semi-secas e secas pré-dispersas e possuindo propriedades desejáveis para usos eficientes em sistemas ou composições úmidos, semi-secos, secos, aquosos e não aquosos.

Descrição do Estado da Técnica

[002] Métodos mecânicos, termomecânicos, semi-quimio-mecânicos ou totalmente químicos são comumente usados para transformar lascas de madeira e muitas fibras de floema e de folhas em material fibroso desfibrado de diferentes propriedades físicas destinadas a várias aplicações. Um pedaço de lasca de madeira é composto de agregados de muitas fibras, que, por sua vez, são construídas de várias camadas de fibrilas elementares de celulose unidas e circundadas por hemiceluloses e lamelas de lignina externas [AP. Shchniewind in Concise Encyclopedia of Wood & Wood-Based Materials, Pergamon, Oxford, p.63 (1989)]. Na ultraestrutura das celuloses nativas, as fibrilas elementares básicas têm dimensões de 2 a 4 nm na seção transversal e 100 nm no comprimento. Estas fibrilas elementares são agregadas aleatoriamente em microfibrilas de 10 a 30 nm de largura, agrupadas em macrofibrilas de 100-400 nm de largura, que são estruturadas em diferentes camadas da parede celular. A ligação de hidrogênio ocorre entre os átomos de oxigênio de grupos hidroxila de diferentes moléculas ou fibrilas elementares é a base da estrutura supramolecular das fibras de celulose. As hemiceluloses e vestígios de lignina estão envolvidos no conjunto de microfibrilas na periferia das cadeias bem ordenadas de celulose. As dimensões médias de fibras na madeira são de 0,5 mm <comprimento <5 mm e 10 μm < largura <45 μm, fornecendo uma proporção de aspecto médio de cerca de 50 a 110. Em geral, as fibras de madeira dura (álamo, bétula, bordo, eucalipto) são muito mais curtas, mais finas e mais rígidas, enquanto fibras de madeira macia (pícea, abeto pinheiro) são longas, grossas e mais flexíveis. As fibras de madeira são mais curtas para muitas fibras naturais vegetais e sementes.

[003] A fibra de madeira comumente usada na fabricação de produtos de placa de fibra, tais como MDF (placa de fibra de densidade média) e outros produtos de placa de fibra de madeira são considerados como o tipo mais barato de fibras mecânicas. Eles são fabricados a partir de lascas de madeira umedecidas em refinadores de disco de alta consistência (HCR) pressurizados. Devido à baixa energia aplicada, elas não são totalmente convertidas em fibras individuais e, portanto, são feixes rígidos que não se ligam automaticamente bem se secarem da pasta de água para os produtos. Portanto, elas podem ser facilmente produzidas em feixes de fibras separadas ou secas dispersas. Na fabricação de produtos de placa de MDF, os feixes de fibras móveis de alta consistência pressurizados são, em geral, jateados com uma solução de resinas termofixas, tais como ureia-formaldeído, na linha de sopro de saída do refinador, seguido por um tubo moderado ou secagem instantânea para remover um alto nível de umidade, sem reticulação prematura de resina. As fibras de madeira impregnadas com resina são, então, formadas em mantas espessas não-tecidas, seguidas por alta pressão à temperatura elevada (até 260 °C) para formar as placas finais de MDF. Os pedidos internacionais WO2006/001717 e WO2011/002314 ensinam como usar o sistema de linha de sopro de MDF para aplicar soluções compreendendo uma resina termofixa, um polímero termoplástico, monômero ou oligômero em fibras de madeira móveis transportadas por ar ou vapor. O material consolidado seco é transformado em péletes cortados em cubos para aplicações subsequentes em compósitos termoplásticos. Fibras vegetais secas e fibras de madeira termomecânicas foram utilizadas com sucesso para fabricar compósitos de polímero de madeira, compósitos termoplásticos ou compósitos termofixos, e para melhor desempenho de processamento, uniformidade e reforço, exigem boa dispersão, compatibilidade e aderência ou reação com polímeros ou resinas. Por exemplo, o pedido de patente US 20090314442 e as patentes US 3943079 e 4414267, bem como as muitas referências listadas neles, descreveram métodos para melhorar a resistência de compósitos termoplásticos preenchidos com fibras de lignocelulose.

[004] Ao contrário das fibras de polpa de madeira termomecânicas e semi-quimiotermomecânicas (TMP, CTMP), as fibras de celulose mais avançadas, incluindo fibras kraft, fibras de sulfite e fibras macias comerciais são retiradas de sua lignina durante os processos químicos de produção de polpa e branqueamento, possuem frações de fibra intacta e, em geral, contêm menos de 8% de partículas finas fibrosas. Essas formas fibrosas à base de madeira, branqueadas, semi-branqueadas ou não branqueadas são a maior fonte de fibras sustentáveis para a fabricação de papel para impressão, papelão, tecido e toalha de papel, papel para sacos e sacolas, papel especial, produtos de fibra moldada ou de fibra termofixa, e produtos de cimento e gesso. Eles também são usados em formas dispersas em água ou secas individualizadas para fabricar mantas não-tecidas desejáveis para aplicações de filtração e absorventes. Quando as pastas destas fibras são instantaneamente secas em flocos ou formadas em folhas de papel, elas podem ser facilmente dispersas novamente em água para fibras individualizadas, utilizando equipamento de produção de polpa de fabricação de papel bem conhecido. O teor de hemiceluloses nestas fibras de polpa é um critério chave para fazer folhas de papel bem ligadas e também a principal causa de dificuldade para produzi-las em fibras individualizadas secas.

[005] Fibras de polpa mecânicas e químicas em rolo seco, formas de folha ou fardo são comumente separadas ou individualizadas usando dispositivos de desfibração ou desintegração secos. A Patente US 4252279 descreve os diferentes dispositivos de desfibração ou desintegração destinados para transformar fibras de polpa na forma de folhas ou fardos em fibras individualizadas para fabricar mantas não-tecidas úteis para absorventes higiênicos ou fraldas descartáveis, ou outras aplicações. Por exemplo, a folha ou rolo são cortados em dimensões específicas antes do processamento em trituradores de martelo, considerando que os dispositivos de desfibração fabricados pela empresa sueca MoDo Mekan AB funcionam com polpa em fardo e o dispositivo Kamas B-fluffer fabricado pela empresa sueca Kamas lndustri AB torna fofa a polpa seca em flocos mecanicamente em blocos. As fibras afofadas podem, então, ser alimentadas em uma corrente de ar e a partir daí para uma correia móvel ou um cilindro perfurado, onde formam uma trama de camada de ar orientada aleatoriamente (uma estrutura não-tecida).

[006] As fibras afofadas feitas por estes dispositivos sempre contêm alguns níveis de agregados ou nós de fibras, às vezes referidos como lêndeas ou nódulos. Eles são aglomerados de fibras que permanecem como subprodutos indesejáveis após o processo de desfibração e podem ser facilmente observados pelos olhos e sob o microscópio óptico. Para melhorar a absorvência nas fraldas, as fibras afofadas precisam ser altamente individualizadas e conter o mínimo possível de nós e pequenas partículas, possuem boa afinidade para absorver água e, preferencialmente, as fibras estão em formas reticuladas, torcidas e/ou enroladas. Várias outras patentes publicadas descreveram métodos para produzir fibras fofas para aumentar a facilidade de aquisição de líquido, taxa de absorvência, resistência e resiliência da rede de fibra líquida saturada de manta fibrosa (US 6910285 B2, US 4252279 A, US 8845757 B2). Por exemplo, a patente canadense N.° 993618 (Estes, 1976) descreve um processo para produzir uma almofada fofa de baixa densidade a partir de fibras individuais que têm torção e inter- bloqueio significativos para prover resistência melhorada e maior volume de almofada. De acordo com o processo da patente de Estes, a polpa úmida é separada em fibras individuais durante o estágio de secagem. O processo usa um equipamento de secagem a jato de fluido que emprega jatos de ar ou jatos de vapor para separar as fibras. As fibras são colocadas em uma tela perfurada ao sair do secador a jato. As fibras produzidas pelo processo da patente de Estes têm alto teor de nós.

[007] Hartler e Teder (Paper Technology 4 (4): T129, 1963) mostraram há muitos anos que a trituração e afofamento mecânicos em pequenos pedaços ou flocos de polpa pré-desidratados na prensa de rolos duplos (TRP) são muito importantes para secagem instantânea eficiente. Eles verificaram que, a fim de secar a polpa rapidamente, as peças são de alta área superficial, porque uma polpa que foi bem afofada em pedaços menores mostrou o menor consumo de calor em um secador instantâneo. Esta é uma prática comum usada hoje para intensificar as polpas comerciais de secagem instantânea, a saber, polpa quimiotermomecanicamente semi-branqueada e branqueada (BCTMP) ou polpa kraft de madeira dura pouco branqueada (BHWK), ao assegurar a melhor transmissão de calor possível entre o ar de secagem quente e as peças de polpa úmida. As polpas comerciais secas instantaneamente são fornecidas na secura de 80 a 90% de sólidos e são facilmente dispersíveis em água para fibras singulares para a fabricação de papéis. A técnica de pré-trituração e afofamento de polpa de alta consistência seguida de secagem instantânea, conforme descrito por Hartler e Teder, não foi projetada para manusear fibras kraft de madeira macia branqueadas de alta consistência (BSWK). É conhecido na técnica de fabricação de celulose comercial que a secagem de fibras de polpa química úmida por secagem instantânea causará hornificação de material fibrosa e perda na capacidade de ligação durante a fabricação de papel [Paper Technology and Industry, Vol 26 (1), 1985].

[008] Fibras de celulose altamente refinadas produzidas em refinadores de disco, tais como as fibras de celulose altamente hidratadas, fibras de celulose fibriladas externamente e nanofilamentos de celulose, foram divulgadas em muitas patentes como materiais fibrosos úteis para fazer folhas finas ou papéis especiais (a saber, glassine e folhas à prova de gordura, etiquetas, micro-filtros), para o reforço de papéis de impressão, produtos de papéis e papelão altamente preenchidos, produtos de cimento e gesso e para atingir algumas propriedades de barreira. Hoje, para o nosso conhecimento, fibras fibriladas mecanicamente processadas a partir de madeira ou fibras vegetais, a saber, fibras fibriladas externamente, celulose microfibrilada e os nanofilamentos de celulose produzidos pelos métodos de refinamento mecânico da patente CA2824191 A1, não estão disponíveis industrialmente como materiais semi-secos ou secos pré-dispersos que podem ser facilmente dispersíveis em água ou em meios ou composições não aquosas. Além disso, se ficarem disponíveis, então, precisam estar substancialmente livres de nós e, para aplicações industriais contínuas, devem ser fáceis de manusear, alimentar e dosar com precisão às composições de aplicação. Pode não ser o caso dos feixes de fibras rígidas usados para fabricar produtos de placa de MDF ou as fibras de polpa de madeira dura de baixa resistência, que não têm a capacidade de emaranhar e auto-ligar bem na secagem, ou as polpas comerciais de madeira macia com alta liberdade ou polpas fofas, onde as suas folhas grossas e secas são feitas com a finalidade de serem mecanicamente dispersas para fibras individualizadas, então, formaram camada de ar para mantas não-tecidas. Verificamos que os dispositivos de desfibração ou desintegração comuns, tais como aqueles descritos na patente US 4252279, não são adequados para separar polpas semi-secas e secas ou folhas de fibras altamente refinadas para material fibroso individualizado. Eles não são projetados para conferir polpa fofa com algumas propriedades físicas desejáveis, tais como ondulações ou torções superiores. Além disso, eles também não são projetados para misturar fibras com produtos químicos ou misturá-las com outros aditivos ou materiais fibrosos ou aditivos funcionais ao simultaneamente também evaporar a umidade.

[009] A técnica de refinamento de disco de alta energia e alta consistência (HCR), é o método mais antigo usado para produzir, com sucesso, fibras de polpa termomecânica (TMP) de madeira macia altamente fibrilada bem adequadas para a fabricação de folhas de papel densas e resistentes, a saber, graus super calandrados. Alta consistência aqui se refere a uma consistência de descarga que é, em geral, superior a 20% e depende do tipo e tamanho do refinador empregado. Os refinadores de discos duplos pequenos operam na faixa inferior de alta consistência, enquanto que em grandes refinadores modernos a consistência de descarga pode exceder 60%. O estágio de refinamento de alta consistência de TMP é sempre rapidamente seguido por diluição com água quente em um tanque de latência para remover a latência ao alisar as fibras para produzir papel mais uniforme e forte. A técnica de refinamento de disco de alta consistência também foi mostrada há mais de 40 anos como um meio eficiente para produzir papel forte, tal como papéis kraft para sacos, ao criar fibrilação externa e interna das fibras kraft de madeira macia (US3382140, US3445329). Devido à alta transferência de tensões entre fibras no HCR, algumas micro compressões são transmitidas e, assim, fibras enroladas e torcidas são criadas. A confecção de papéis a partir dessas fibras resultaria em má formação, alto volume, propriedades de alta porosidade e baixa resistência à tensão. Para fabricar saco de papel com absorção de energia de alta tensão, o estágio de HCR deve, assim, ser seguido diretamente em linha por um estágio de refinador de baixa consistência como um meio de dispersar e alisar as fibras e assim melhorar a formação, a densidade e a resistência da folha. Fibras fibriladas bem dispersas e externamente alisadas têm uma grande tendência de se unirem umas às outras no papel devido a sua alta área superficial e maior flexibilidade. Acredita-se que fibrilas expostas em fibras alisadas sejam a razão das altas propriedades de tensão transmitidas do papel.

[0010] Dois principais problemas associados a refinadores de disco de alta consistência, especialmente quando empregados em altos níveis de energia, tais como para fabricar fibras fibriladas externamente (US3382140, US3445329) ou nanofilamentos de celulose (CA2824191 A), são o emaranhamento de material fibroso ou nós e hornificação de celulose. A polpa úmida é altamente comprimida na lacuna estanque entre as placas de refinador e porque uma quantidade considerável de energia gasta nas fibras de polpa durante os seus movimentos, tendem a se emaranhar em nós de diferentes tamanhos. Um efeito de desidratação de fibra, que causa a hornificação, também pode ocorrer simultaneamente devido ao aumento de calor, especialmente se as moléculas de água se tornarem menos disponíveis para ligação a grupos hidroxilas de fibras. Além disso, a desidratação da fibra de polpa no refinador é função da consistência e da temperatura da polpa e isso aumentará quando o tempo de residência no refinador aumentar (isto é, vários números de passagens no refinador). A alta consistência de refinamento de fibras kraft de madeira macia em altos níveis de energia foi identificada como um novo tipo de fibra e denominada "fibras desgastadas" (Yuhe Chen e Mousa M. Nazhad: Journal of Engineered Fibers and Fabrics Volume 5, Edição 3 - 2010). As "fibras desgastadas" são compostas de massas fibrosas altamente concentradas ou nós na polpa que podem ser muito difíceis de dispersar em água usando técnicas de desintegração normais, especialmente se a polpa for armazenada por longos períodos de tempo ou seca, mesmo à temperatura ambiente. Além disso, as fibrilas externas não permanecem projetadas nas superfícies das fibras após o envelhecimento e a secagem. Uma condição quente da polpa de alta consistência após sua produção em HCR, tal como em um recipiente armazenado ou em um secador instantâneo, portanto, sempre acelerará a hornificação. Isso resultará em mudanças drásticas nas propriedades das fibras, tais como pouca redispersão em água, baixa ligação e potencial formação de nós e ondulações permanentes. Nós fibrosos e hornificação criados em HCR podem interferir no potencial de reforço de fibras fibriladas na fabricação de papel ou em aplicações não baseadas em água.

[0011] A hornificação é uma medida da capacidade reduzida de fibra para absorver água (para hidratar) expressa como o valor de retenção de água (WRV) [método de teste Tappi: UM 256]. A hornificação da celulose é causada principalmente pelo inchaço de fibra reduzida na água em pH normal devido à formação de um grande número de ligações de hidrogênio entre os grupos hidroxila das fibrilas adjacentes de fibras e fechamento dos espaços vazios fibrosos [Paperi Ja Puu, 90 (2): 110-115 (1998)]. Praticamente, os espaços vazios fibrosos são interfaces, poros e canais que variam de 1 nm a 5 nm de largura. Este sistema de espaço vazio determina a superfície ativa interna e desempenha um papel importante nas propriedades de inchamento das fibras. Descreveu-se que a área de seção transversal da fibra única diminui na secagem do estado inchado para o seco em cerca de 20% e o comprimento ou encolhimento axial é da ordem de apenas alguns por cento [Paper products physics and technology, Monica Ek, et al., Eds. de Gruyter, 2009, página 79]. Estudos anteriores demonstraram que as fibrilas secas se tornaram indisponíveis para a ligação de fibra durante os processos de fabricação de papel subsequentes usando fibra reciclada ou polpa comercial seca (Paper Technology and Industry, fevereiro de 1985, Vol. 26, No. 1, p 3841).

[0012] Portanto, é muito importante que não se permita que o material fibroso de celulose refinado de alta consistência e recém-preparado envelheça ou seque, mesmo à temperatura ambiente. Isto é porque a desidratação irá transformar o material fibroso em materiais sólidos aglomerados de alta densidade, em que a redispersão em pasta aquosa se torna muito difícil, mesmo em mistura de alto cisalhamento e o seu potencial de reforço para papel, tecido ou produtos de cartão pode ser altamente diminuído. A patente GB1185402 divulga um método para evitar a perda de resistência ao armazenar (ou envelhecer) fibra kraft de madeira macia de alta consistência processada em um refinador de disco ao misturar rapidamente em água fresca a polpa descarregada antes de as fibrilas elevadas caírem ou grudarem nas fibras e formarem um material aglomerado agregado. Por conseguinte, a polpa rapidamente diluída subsequentemente espessada e armazenada antes de processamento adicional no papel não tem nenhuma perda significativa na resistência. O método da patente GB não seria prático para os materiais fibrosos de alta energia produzidos pelo método de CA2824191 A devido à eventual desidratação muito fraca na operação de espessamento. Além disso, mesmo se a desidratação de celulose fibrilada for melhorada, qualquer polpa ou trama com alto teor de sólidos formada será ainda muito difícil de separar em fibras individuais semi-secas ou secas.

[0013] Três requisitos industriais importantes para o uso eficiente de quaisquer fibras ou suas fibras fibriladas, seja em composições aquosas, não aquosas ou hidrofóbicas, são boas compatibilidade, dispersão, ligação e interação com componentes das composições. Fibras completamente dispersas, em formas pastosas, semi-secas ou secas, ocorrerão quando todas as fibras e suas fibrilas ligadas ou livres estiverem completamente separadas do material fibroso do seu vizinho mais próximo e o material final estiver livre de emaranhados ou nós. Embora os materiais fibrosos sejam dispersíveis em água e em polímeros à base de água ou composições aquosas, até agora as suas aplicações em meios hidrofóbicos têm sido difíceis devido, principalmente, a sua fraca dispersão e compatibilidade. Devido a estas questões, se combinadas com os polímeros termoplásticos hidrofóbicos ou resinas termofixas, podem eventualmente levar à agregação e à separação de fase nos produtos compostos. Tal agregação terá um impacto prejudicial resultando em efeitos indesejáveis nas propriedades de resistência de compósitos, à medida que agregados atuem como concentradores de tensão. Essas questões têm sido os principais obstáculos para a integração de fibras de lignocelulose e suas fibras fibriladas em muitos setores da indústria. Nos próximos parágrafos, conheceremos questões ou limitações para produzir materiais fibrosos dispersos e dispersíveis em formas semi-secas e secas.

[0014] As informações acima especificam que qualquer fibra de polpa úmida ou pastosa, especialmente uma fibra de madeira macia fibrilada de alta consistência, que pode formar forte ligação interfibras quando armazenada em alta consistência ou seca em flocos ou folhas de polpa, será difícil separar mecanicamente em fibras fibriladas secas ou semi-secas individuais, tais como o uso dos dispositivos de desfibração ou desintegração discutidos anteriormente. Se materiais fibrosos fibrilados pudessem ser produzidos e fornecidos em formas semi-secas ou secas pré-dispersas e quimicamente adaptados para serem dispersíveis e compatíveis com composições aquosas, não aquosas e hidrofóbicas, então, eles teriam muitas aplicações de valor agregado em diferentes setores da indústria. Por exemplo, eles poderiam ser uma substituição custo-competitiva para as fibras sintéticas de corte curto individualizadas e suas fibras fibriladas comumente usadas em compósitos de cimento, não-tecido, mate e polímero, e muitas outras aplicações. Exemplos de fibras sintéticas de corte curto, disponíveis em diferentes comprimentos e larguras e formas desejáveis para diferentes setores da indústria, compreendem todos os de polímeros orgânicos, de celulose regenerada e as fibras de vidro. As fibras ou filamentos sintéticos orgânicos podem ser acrílicos ou poliacrilonitrila, aramida, carbono, álcool polivinílico, poliamida, poliéster, polietileno e o náilon e o polipropileno mais comuns. Algumas destas fibras sintéticas feitas em formas fibriladas são várias vezes mais caras que as fibras de madeira fibriladas. Estas formas fibriladas de fibras sintéticas são estrutura ou rede fibrilar que encontram excelente oportunidade para fazer folhas de microfibra ou usadas para o reforço de manta de fibra não-tecida, cimento ou matriz composta. Fibras de polipropileno fibriladas são, em geral, usadas para reforço de temperatura de encolhimento e resistência a impacto.

[0015] As fibras sintéticas e suas fibras fibriladas têm fraca afinidade à auto-ligação quando secas a partir de pastas de água e, assim, podem ser dispersas em material fibroso individual, em formas pastosas, semi-secas ou secas desde que a proporção de aspecto das suas fibras ou fibrilas esteja em níveis onde a formação de emaranhados e nós fibrosos seja mínima. Portanto, se as fibras naturais fibriladas pudessem ser fornecidas em formas semi-secas ou secas pré-dispersas, facilmente dispersíveis em composições aquosas e sem perda de seu potencial de reforço original, elas poderiam ser uma grande fonte de material fibroso avançada para otimizar a resistência de muitos papéis e folhas de papelão, resistência de tecido volumoso e folhas de toalhas, resistência e porosidade de produtos não-tecidos úmidos, tais como mantas absorventes e de filtração e folhas de limpeza, produtos de cimento e gesso de reforço ou integrados a polpas comerciais de baixa resistência como forma de aumentar a resistência e otimizar porosidade. Fibras secas dispersíveis e suas fibras fibriladas compatíveis com composições hidrofóbicas e simples de medir poderiam ser usadas como material fibroso de reforço em polímeros termoplásticos (polipropileno, polietileno, ácido polilático, poliestireno, cloreto de polivinila e muitos termoplásticos biodegradáveis) ou para fazer compósitos termofixos, tais como composto de moldagem de folha (SMC) e composto de moldagem de volume (BMC), bem como muitos produtos compósitos reforçados com fibra.

[0016] Uma vantagem das fibras naturais em oposição a fibras sintéticas orgânicas é que elas podem ser mais facilmente modificadas quimicamente em meio aquoso para criar reticulações intrafibras ou interfibras, para introduzir grupos reativos ou cadeias poliméricas em suas superfícies e para tratá-los com agentes tensoativos, tais como tornando-os hidrofóbicos ou hidrofílicos. Tais modificações químicas foram utilizadas para fabricar folhas de fibra afofada kraft comercial para se desintegrarem facilmente em moinhos de martelos e/ou para conferir maior absorvência (US 6910285 B2, US 8845757 B2). As modificações químicas podem fazer material fibroso dispersar e aderir bem às matrizes de polímeros hidrofóbicos, borracha ou resinas termofixas, assim, produzindo produtos compósitos fortes. Ao contrário dos graus comercialmente disponíveis de fibras sintéticas fibriladas dispersíveis, tais como aquelas de acrílico e lyocell (celulose regenerada) fornecidas por Engineered Fibers Technology, LLC como polpas úmidas de 30 a 50% de sólidos para facilidade de manuseio, fibras de celulose não regeneradas de madeira ou vegetais não são atualmente fornecidas em formas fibriladas como materiais semi-secos ou secos pré-dispersos e têm a capacidade de dispersar facilmente em formas secas e em pasta ou composições de alta consistência de naturezas aquosas ou hidrofóbicas.

[0017] Atualmente existem sérios desafios que impedem a produção de fibras de celulose fibrilada pré-dispersa em formas semi-secas ou secas, especificamente a partir daquelas processadas em refinadores de alta consistência em níveis de energia baixa, média ou alta, diretamente a partir de suas polpas de alta consistência, polpas secas ou folhas secas. Ao contrário das fibras comuns de altos níveis de CSF, as fibras fibriladas de alta consistência de saída do refinador têm baixos valores de CSF e estão em formas aglomeradas e contêm muito material fibroso emaranhado ou nós. "CSF significa Canadian Standard Freeness (Liberdade de Padrão Canadense), que é determinado de acordo com o Padrão TAPPI T 227 M-94 (Método Padrão Canadense)". Nestas condições, elas serão difíceis de desemaranhar em fibras fibriladas semi-secas separadas utilizando os dispositivos de desfibração anteriormente mencionados, comumente utilizados para individualizar folhas ou fardos de pasta comercial secos. Uma vez que as fibras fibriladas úmidas acabarão se auto-ligando fortemente e as fibrilas secarão nas fibras quando a água é evaporada por secagem ao ar, secagem instantânea ou secagem em cilindro, então, a chance de sua separação em fibras fibriladas individualizadas, utilizando os dispositivos de desfibração comuns, não será prático. Tentativas de converter estas formas de fibras fibriladas para separar ou pré-dispersar materiais fibrosos com fibras fibriladas individualizadas com elementos de fibrila elevados pela ação mecânica dos dispositivos de desfibração previamente discutidos ou utilizando a combinação divulgada de um moinho de martelo com um refinador de disco (US 3596840), é impossível sem danos irreversíveis dos materiais fibrosos.

[0018] A literatura descreve muitos produtos químicos como meios para reduzir o impacto negativo da secagem na hornificação de fibra e da secagem de fibrilas e outros produtos químicos foram divulgados como meios para fazer fibras kraft afofadas reticuladas individualizadas (US3224926). Várias patentes relacionadas à polpa afofada comercial divulgam o uso de métodos de pré-tratamento químico como meio para reduzir a energia mecânica necessária para triturar folhas em fibras separadas, minimizar o nível de nós e melhorar a absorvência de líquido da manta de camada de ar. Para a fabricação de polpa afofada, produtos químicos de remoção são, em geral, adicionados a pastas diluídas de fibras de polpa antes da desidratação e secagem da trama, ou diretamente aplicadas à folha seca ao impregná-la antes da etapa de trituração. Tensoativos catiônicos, tais como as aminas quaternárias de ácido graxo, foram sugeridos como agentes de remoção para fibras de celulose (Svensk Papperstidning, Kolmodin et al., No. 12, págs. 73-78, 1981 e US 4144122.) Os tensoativos catiônicos adsorvidos nas fibras antes da produção da folha podem conseguir a remoção sem prejudicar a hidrofilicidade (impedindo a absorvência de água) de fibras, tais como aqueles descritos em US4144122 e US4432833, ou causar hidrofobicidade aumentada (reduzindo a capacidade umectante da água) de fibras, tais como aqueles descritos em US4432833, US4425186 e US5776308. O tratamento de folha com plastificantes e lubrificantes (glicerina, triacetina, carbonato de propileno, 1,4-ciclohexanodimetanol, óleo mineral) foi divulgado como meio útil para melhor individualização de fibras em moinhos de martelos. Outros produtos químicos também foram introduzidos em fibras naturais para melhorar a maciez, a capacidade umectante, a absorvência ou a hidrofobicidade, a reatividade ou a re-dispensabilidade de água.

[0019] Por exemplo, um método de tratamento químico para produzir celulose microfibrilada seca (MFC) dispersível em água foi divulgado em US4481076. A pasta de MFC é, então, seca por atomização em pequenos flocos ou agregados. Entre os aditivos úteis que produziram agregados de MFC secos re-dispersíveis em água são os compostos poli-hidroxi, incluindo, em particular, carboidratos ou compostos relacionados a carboidrato, tais como açúcares, amido, oligo e polissacarídeos e seus derivados. A quantidade de produto químico usada para intensificar a re-dispersão de água dos agregados de MFC variou de apenas metade a até duas vezes o peso da MFC. Esta alta taxa de dosagem de produtos químicos foi necessária provavelmente porque a área superficial da MFC é enormemente maior do que aquelas de fibras de celulose comuns (tais como polpa kraft afofada comercial). Além disso, os problemas de hornificação na secagem por atomização são mais graves com MFC do que as fibras de celulose normais. Em geral, ao contrário dos materiais de MFC produzidos em HCR, é bem conhecido que aqueles feitos em homogeneizadores em baixos níveis de consistência são essencialmente de proporções de aspecto baixas e livres de emaranhados ou nós. Enquanto os agregados secos da MFC fabricados em US4481076 podem ser dispersos novamente em água; não houve nenhuma menção sobre a possibilidade de sua dispersão em fibrilas secas separadas ou ter a capacidade de ser dispersível em meios hidrofóbicos.

[0020] Se um método for desenvolvido para produzir fibras fibriladas secas pré-dispersas, especialmente a partir daquelas de fibras fibriladas feitas por refinadores de disco de alta consistência, então, para atingir seu desempenho completo na fabricação de produtos compósitos poliméricos eles devem ser feitos hidrofóbicos e/ou ter grupos funcionais reativos essenciais para compatibilidade, dispensabilidade e adesão ideais com as matrizes de polímeros hidrofóbicos ou resinas. Sem essas características, caso forem introduzidas em tais matrizes hidrofóbicas, elas não se dispersarão nem se ligarão com eficiência, mas, em vez disso, formarão agregados separados em matrizes que trazem pouco valor agregado às propriedades de resistência e resistência à água dos compósitos finais. Devido a estas preocupações, o potencial de super reforço teoricamente previsto de compósitos ao adicionar fibras de polpa bem desenvolvidas (TMP. CTMP, SWK, HWK, fibras vegetais) ou as suas fibras fibriladas (MFC, CNF) ainda não atingiram o seu potencial de desempenho total e, como consequência, fizeram apenas pouca penetração na indústria de compósito plástico.

[0021] O documento CA2144433 divulga um método com maior seletividade para branqueamento de polpa lignocelulósica tendo uma alta consistência de uma primeira alvura GE para uma segunda alvura GE mais alta que compreende as etapas de (a) afofar a polpa de alta consistência com a primeira alvura GE para uma área de superfície específica de pelo menos cerca de 90m2/kg; e (b) contatar a polpa fofa com um agente de branqueamento gasoso para formar uma polpa branqueada tendo a segundo e mais alta alvura GE. A alvura GE é um método padrão para determinar a alvura da polpa e é expressa como uma porcentagem de uma alvura GE máxima. A alvura GE é determinada pelo Método Oficial TAPPI T-452.

[0022] O primeiro objetivo do método descrito neste documento é superar as dificuldades de produção de fibras de madeira ou à base vegetal semi-secas, fibras fibriladas, filamentos de celulose e misturas de fibras em formas bem abertas ou pré-dispersas. Elas devem conter altos níveis de emaranhados ou nós fibrosos separados e fibrosos de baixa soltura. Estes materiais fibrosos pré-dispersos devem ser facilmente dispersíveis em pastas de água. O segundo objetivo é impedir a hornificação e auto-ligação de material fibroso durante uma operação de pré-dispersão e subsequentes estágios de evaporação de água ou secagem. O terceiro objetivo é tornar o material fibroso aberto com funcionalidades adaptadas desejáveis para as suas aplicações eficazes como materiais semi-secos e secos em composições à base de água ou em compostos hidrofóbicos. A finalidade de atingir os objetivos da tecnologia descrita neste documento é, assim, desenvolver um método e o processo de produção necessários para atingir as características desejáveis de materiais fibrosos pré-dispersos ou dispersíveis, preferencialmente de uma maneira simultânea, utilizando equipamento e produtos químicos existentes. A tecnologia desenvolvida com sucesso deve ser rentável e usar produtos químicos seguros e ecologicamente corretos. Um critério importante é que os objetivos devem ser atingidos sem degradar as propriedades estruturais de materiais fibrosos, a saber, o corte de fibras.

SUMÁRIO

[0023] Em um aspecto do método descrito neste documento, é conseguido ao utilizar um dispositivo de refinamento de disco de alta consistência termomecânica (processo) sob condições não tradicionais suaves, isto é, condições de energia específica inferior ao normal (kWh/h). O refinador de disco usado aqui também está disposto para ter uma lacuna de placa aberta ampla (isto é, a distância entre os discos rotativos) que é um método eficiente de energia que se abre simultaneamente; desembaraça; fibrila; mistura quaisquer produtos químicos nas fibras de entrada; mistura fibras diferentes; mistura as fibras com adjuvantes, e que enquanto o calor gerado pelo atrito permite a evaporação de alguma água das fibras úmidas. A adição de produtos químicos se destina a superar qualquer hornificação, auto- aderência de fibras e elementos fibrilares e a conferir funcionalidades desejáveis ao material fibroso pré-disperso transformado. O exterior do refinador de disco é um material fibroso semi-seco aberto que possui alto nível de fibras separadas e algum material fibroso ou nós vagamente emaranhados, que é facilmente dispersível em água usando técnicas de desintegração de fabricação de papel comuns. Os materiais fibrosos abertos são adicionalmente processados em linha por agitação em ar a velocidades suficientes para separar emaranhados fibrosos soltos e subsequentemente formando-os por formação de camada de ar e técnicas de secagem suaves em fardos comprimidos, tramas não-tecidas (tramas ou rolos) ou péletes de trama cortados em cubos de níveis de secura desejáveis. A utilização do método e do processo descritos neste documento para fabricar material fibroso semiseco ou seco pré-disperso que tem a capacidade de se tornar dispersível na forma seca, água e composições hidrofóbicas, de acordo com o nosso conhecimento, nunca foi feita antes e não há nenhum estado da técnica ou relatório publicado disponível na literatura aberta que possam estar em conflito com a nossa abordagem.

[0024] De acordo com um aspecto, é provido um método para transformar uma polpa em um material fibroso de polpa pré-dispersa compreendendo: prover a polpa a uma alta consistência de 20 a 97% em peso de teor de sólidos; prover um tratamento químico; e dispersar a polpa e o produto químico de tratamento em um sistema refinador de múltiplos estágios compreendendo pelo menos um refinador de disco, a uma energia específica de 50 a 400 kWh/t por passagem, em que o pelo menos um refinador de disco tem uma folga de placa de refinador de disco definindo uma lacuna de 0,5 a 3,5 mm, em que o material fibroso de polpa pré-dispersa tem uma consistência de produto de 30 a 99% em peso de teor de sólidos.

[0025] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os materiais fibrosos de polpa pré-dispersa são de 70 a 100% em peso de material fibroso individualizado, e compreendem uma fibrilação de superfície da fibra.

[0026] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que durante a dita dispersão da polpa na consistência do refinador aumenta devido à energia específica evaporando água com pelo menos um pouco de água substituída pelo produto químico de tratamento.

[0027] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a consistência é de 30 a 60% em peso de teor de sólidos.

[0028] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, a consistência de produto é de 50 a 80% em peso de teor de sólidos.

[0029] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a consistência é de 40 a 70% em peso de teor de sólidos.

[0030] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, a consistência é de 60 a 80% em peso de teor de sólidos.

[0031] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a consistência é de 30 a 50% em peso de teor de sólidos.

[0032] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, a consistência de produto é de 60 a 75% em peso de teor de sólidos.

[0033] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que uma energia específica total após o sistema refinador de múltiplos estágios é uma soma de todas as energias específicas por passagem no sistema refinador aplicado ao material fibroso de polpa e é de 50 a 2000 kWh/t.

[0034] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a energia específica é de 50 a menos que 100 kWh/t por passagem e a lacuna é superior a 2,5 mm até 3,5 mm.

[0035] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a energia específica é de 100 a menos que 200 kWh/t por passagem e a lacuna é superior a 2,0 mm até 2,5 mm.

[0036] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a energia específica é de 200 a 400 kWh/t por passagem e a lacuna é de 1,5 mm até 2,0 mm.

[0037] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a polpa é uma polpa kraft não refinada ou refinada, polpa termomecânica (TMP), polpa quimiotermomecânica (CTMP), filamentos de celulose (CA2824191 A), misturas destas ou as misturas com fibras vegetais diferentes de madeira e fibras sintéticas.

[0038] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a polpa compreende fibras com um comprimento de 0,1 a 10 mm, um diâmetro de 0,02 a 40 mícrons e uma proporção de aspecto médio equivalente de 5 a 2000.

[0039] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a proporção de aspecto médio equivalente é de 10 a 500.

[0040] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o método é um processo contínuo.

[0041] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o método é um processo semicontínuo.

[0042] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o método é um processo descontínuo.

[0043] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os produtos químicos de tratamento são introduzidos isoladamente ou misturados com água para fibras de polpa e materiais fibrosos antes ou no sistema de refinação.

[0044] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os produtos químicos de tratamento são selecionados dentre o grupo que consiste em plastificantes, lubrificantes, tensoativos, fixadores, alcalinos e ácidos, produtos químicos reativos à celulose, produtos químicos de reticulação de celulose, agentes hidrofóbicos, substâncias hidrofóbicas, particulados orgânicos e inorgânicos (minerais), agentes formadores de espuma ou de volume, partículas absorventes, agentes resistentes a óleo, tinturas, conservantes, agentes branqueadores, agentes retardadores de fogo, polímeros naturais, polímeros sintéticos, polissacarídeos, látex, resinas termofixas, lignina kraft e lignina extraída de biorrefinaria, e combinações destes.

[0045] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o sistema refinador de múltiplos estágios compreende três refinadores de disco e os produtos químicos de tratamento de refinador são adicionados a montante de cada um dos três refinadores de disco.

[0046] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os produtos químicos de tratamento adicionados a montante de cada um dos três refinadores de disco são produtos químicos de tratamento iguais ou diferentes.

[0047] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os plastificantes são selecionados dentre o grupo que consiste em compostos poli-hidroxi.

[0048] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os compostos poli-hidroxi são álcoois polifuncionais ou polióis.

[0049] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os álcoois polifuncionais ou polióis são selecionados dentre o grupo que consiste em etilenoglicol, propilenoglicol, dipropilenoglicol, tripropilenoglicol, butilenoglicol, glicerina e combinações destes.

[0050] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, compreendendo, adicionalmente, óleo mineral e um lubrificante selecionado dentre o grupo que consiste em ftalatos, citratos, sebacatos, adipatos, fosfatos e combinações destes.

[0051] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o tensoativo é Triton™ X100 (iso-octilfenoxi polietoxietanol), dodecil (éster) sulfato de sódio, éter dimetílico de tetradecil fosfônico, octilfenol polietoxilado, diéster de glicerol (diglicerídeo), alquilbenzenossulfonatos lineares, sulfonatos de lignina, etoxilados de álcool graxo e etoxilados de alquilfenol e combinações destes.

[0052] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os produtos químicos de tratamento são líquidos apróticos dipolares selecionados a partir do grupo que consiste em carbonatos de alquileno, usados isoladamente ou combinados com outros produtos químicos.

[0053] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os outros produtos químicos são pelo menos um dentre triacetina, 1,4-ciclohexanodimetanol e dimetilol-etileno-ureia.

[0054] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os carbonatos de alquileno são selecionados dentre o grupo que consiste em carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de glicerol e combinações destes.

[0055] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os produtos químicos de tratamento são polímeros lineares ou ramificados hidrofílicos solúveis em água.

[0056] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o polímero linear ou ramificado hidrofílico solúvel em água é um polissacarídeo selecionado dentre o grupo que consiste em amido, amido modificado, alginato, hemicelulose, xilano, carboximetilcelulose, hidroxietilcelulose, hidroxipropilcelulose e combinações destes.

[0057] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o produto químico de tratamento é pelo menos um dentre uma solução ou emulsão química de dimensionamento, um produto químico de remoção e um produto químico de amaciamento.

[0058] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o produto químico de dimensionamento é selecionado dentre o grupo que consiste em dímero de alquil-ceteno (AKD), anidrido alcenil succínico (ASA), breu, estireno-anidrido maleico (SMA) e estireno-ácido acrílico (SAA) e agente de dimensionamento poliméricos; ácidos graxos, Quilon™ C e Quilon™ H.

[0059] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o dímero de alquil-ceteno (AKD) de produtos químicos de dimensionamento, anidrido alcenil succínico (ASA), breu, estireno-anidrido maleico (SMA), agentes de dimensionamento poliméricos de estireno-ácido acrílico (SAA); ácidos graxos, Quilon™ C e Quilon™ H e agentes de dimensionamento poliméricos conhecidos, tais como Basoplast series comercializado por BASF, são introduzidos como soluções de produtos químicos puros ou como pré-emulsionados com polímeros de amido ou sintéticos.

[0060] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os produtos químicos de remoção e produtos químicos amaciadores são pelo menos um dentre Arquad™ 2HT-75 (cloreto de di(sebo hidrogenado) dimetilamônio), brometo de hexadeciltrimetilamônio, cloreto de metiltrioctilamônio, cloreto de dimetildioctadecilamônio e hexametildisilazano (HMDS).

[0061] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o produto químico de tratamento é um polímero de alto peso molecular selecionado dentre o grupo que consiste em ácido etil- acrílico (EAA); poliolefina à base de água HYPOD™ a partir de Dow (copolímero de etileno e copolímero de propileno), dispersões de poliuretano à base de água, látex, álcool polivinílico, acetato de polivinila e combinações destes.

[0062] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os agentes de acoplamento são selecionados dentre o grupo que consiste em um anidrido maleico, um polímero maleatado, um silano, um zirconato, um titanato e combinações destes.

[0063] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, o silano compreende uma estrutura de (RO)3SiCH2CH2CH2- X, em que RO é um grupo hidrolisável, R é metoxi, etoxi ou acetoxi e X é um grupo organofuncional, um amino, um metacriloxi ou um grupo epóxi.

[0064] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o agente de reticulação é qualquer um selecionado dentre o grupo que consiste em glioxal, glutaraldeído, formaldeído, ácido cítrico, ácido di-carboxílico, ácido policarboxílico e combinações destes.

[0065] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que a resina termofixa é uma resina acrílica (Acrodur™ ou AQUASET™), uma resina de ureia-formaldeído, uma melamina- formaldeído, uma melamina-ureia-formaldeído, um fenol-formaldeído (Resol ou Novolac) e uma resina epóxi.

[0066] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que o polímero é um polímero catiônico ou um anfotérico selecionado dentre o grupo que consiste em quitosana, homopolímero polivinilamina (PVAm), copolímero PVAm, polietilenoimina (PEI), cloreto de polidialildimetilamônio (poliDADMAC), celulose catiônica, amido catiônico, goma guar catiônica e combinações destes.

[0067] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os produtos químicos de branqueamento são agentes redutores selecionados dentre o grupo de sulfito de sódio, bissulfito de sódio, metabissulfito de sódio e agentes oxidantes selecionados dentre peróxido de hidrogênio, percarbonato e perborato de sódio.

[0068] De acordo com outro aspecto, é provido o método descrito neste documento, em que os particulados orgânicos e inorgânicos (minerais) são selecionados dentre o grupo que consiste em carbonato de cálcio, argila, gesso e combinações destes.

[0069] De acordo com outro aspecto, é provido um material fibroso pré-disperso produzido e descrito neste documento, adicionalmente processado por agitação em ar descontínua ou em linha e formação de camada de ar em fardos comprimidos ou ar que flui em tramas não-tecidas comprimidas ou péletes de trama cortados em cubos com níveis de secura desejáveis utilizando técnica de secagem suave.

[0070] De acordo com outro aspecto, é provido o material descrito neste documento, adicionalmente transformado em um material fibroso pré- disperso em um fardo, trama ou pélete de trama e dispersível em particulados secos por ação mecânica, em água e composições aquosas ou em composição hidrofóbica.

[0071] De acordo com outro aspecto, é provido o material descrito neste documento, em que a composição hidrofóbica é pelo menos uma dentre uma resina termofixa e um polímero termoplástico.

[0072] De acordo com outro aspecto, é provido um material fibroso pré-disperso produzido e descrito neste documento, adicionalmente processado em papel, papelão, embalagem, tecido e toalha; produtos de espuma, produtos de placa de fibra, compósitos termofixos e termoplásticos; produtos de cimento, concreto e gesso; e limpeza de derramamento de óleo, mantas não-tecidas, núcleo absorvente de fraldas ou produtos de cuidado pessoal.

[0073] De acordo com outro aspecto, é provido um sistema refinador de múltiplos estágios para transformar uma polpa de alta consistência em um material fibroso de polpa pré-dispersa, o sistema refinador compreendendo: pelo menos um refinador de disco compreendendo uma folga de placa de refinador de disco definindo uma lacuna de 0,5 a 3,5 mm, e conferindo uma energia específica de 50 a 400 kWh/t por passagem, em que a polpa de alta consistência é de 20 a 97% em peso de teor de sólidos, em que o material pré- disperso sai do sistema refinador com uma consistência de produto de 30 a 99% em peso de teor de sólidos.

[0074] De acordo com outro aspecto, é provido o sistema refinador descrito neste documento, em que a energia específica é de 50 a menos que 100 kWh/t por passagem e a lacuna é superior a 2,5 mm até 3,5 mm.

[0075] De acordo com outro aspecto, é provido o sistema refinador descrito neste documento, em que a energia específica é de 100 a menos que 200 kWh/t por passagem e a lacuna é superior a 2,0 mm até 2,5 mm.

[0076] De acordo com outro aspecto, é provido o sistema refinador descrito neste documento, em que a energia específica é de 200 a 400 kWh/t por passagem e a lacuna é de 1,5 mm até 2,0 mm. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Fig. 1 ilustra um diagrama de processo para a fabricação de material fibroso pré-disperso ou dispersível de acordo com uma modalidade descrita neste documento; A Fig. 2 ilustra um esquema de processo para misturar polpa/fibras de diferentes espécies em baixa energia de alta consistência - abrindo e pré-dispersando com mínima evaporação de água de acordo com uma modalidade descrita neste documento; A Fig. 3 ilustra um esquema de processo de um processo descontínuo: com uma abertura de múltiplos estágios, mistura com produtos químicos, fibrilação de fibras de polpa e evaporação de água em refinamento de alta consistência e baixa energia de acordo com uma modalidade descrita neste documento; A Fig. 4 ilustra um esquema de processo de um processo descontínuo: com uma abertura de múltiplos estágios, mistura com produtos químicos, fibrilação de fibras de polpa e evaporação de água em refinamento de alta consistência e baixa energia de acordo com uma modalidade descrita neste documento; A Fig. 5 ilustra uma micrografia de microscopia de luz refletida de feixes de fibras fibriladas de um estágio de refinamento de alta consistência e alta energia de acordo com uma modalidade descrita neste documento; A Fig. 6 ilustra uma micrografia de microscopia de luz transmitida de um feixe mostrando fibras emaranhadas de um refinamento de alta consistência e alta energia de acordo com uma modalidade descrita neste documento; A Fig. 7 ilustra três micrografias de amostras de flocos de polpa nunca secos de material fibroso (A). (B) polpa tratada de acordo com o presente método. (C) fibras de polpa dispersas ao ar; A Fig. 8 ilustra um gráfico da abertura de lacuna de refinador versus energia específica de refinador aplicada para variar consistências de linha de sopro (saídas) de acordo com modalidades descritas neste documento; A Fig. 9 ilustra um novo modelo/gráfico tridimensional de um % de consistência de linha de sopro prevista e % de consistência de linha de sopro de laboratório de acordo com modalidades descritas neste documento, especificamente três polpas kraft de madeira macia branqueada durante as passagens de processamento no refinador: (+) polpa inicial (não refinado), (V) HCR1 pré-refinado (8.221 kWh/t), (□) HCR2 pré-refinado (12.000 kWh/t); A Fig. 10 ilustra três fotografias de fibras produzidas de acordo com o método descrito neste documento, Amostra A, polpa kraft de madeira macia úmida a 29% de consistência; amostra B após pré-dispersão da amostra A em um refinador, 4 passagens sob as condições específicas descritas neste documento, e C após secagem ao ar da polpa de amostra B para polpa de amostra C, especificamente, o peso de amostras A, B e C era 24 g (com base no material seco) - a diferença no volume das amostras é causada pela simples pré-dispersão no refinador para material semi-seco, então, por dispersão ao ar para secar fibras separadas; A Fig. 11 são três micrografias de imagens de amostras desintegradas em água: Amostra A é uma polpa kraft de madeira macia (29% de sólidos), Amostras B e C são pré-dispersas no refinador de 1 passagem (33% de sólidos) e 3 passagens (39% de sólidos), respectivamente, sob as condições específicas descritas neste documento; A Fig. 12 ilustra um gráfico de barras de frações fibrosas de Baeur McNett de amostras desintegradas em água do exemplo 3 (A, B, C): (P0) polpa kraft úmida (29% de sólidos), e (P1) e (P3) estão, depois de pré- dispersá-las no refinador de 1 passagem (33% de sólidos) e 3 passagens (39% de sólidos), nas condições específicas descritas neste documento; A Fig. 13 ilustra um gráfico de barras de frações de fibra de Baeur McNett de amostras desintegradas (controle P0, P1, P2 e P3): P0 (amolecido novamente a partir da folha de cobertura, 39,2% de sólidos) e P0 pré-disperso em amostras P1, P2 e P3) na condição específica descrita neste documento, especificamente, todas as amostras foram diluídas em água à consistência de 1,2% e desintegradas no desintegrador britânico padrão durante 10 minutos; A Fig. 14 ilustra um gráfico de barras do teor de sólidos de polpa após uma secagem de passagem em um secador instantâneo piloto a duas temperaturas ajustadas de 120 e 160 °C de acordo com o método descrito neste documento; A Fig. 15 ilustra fotografias mostrando a polpa de alta energia HCR1 após a descarga do refinador de disco da escala piloto em consistência de 32% (A) e depois de ser seca ao ar (B) onde o peso das amostras A e B era 24 g (com base em material seco); A Fig. 16 ilustra um gráfico do comprimento de ruptura (km) versus tempo (horas) mostrando o efeito de tempo de envelhecimento na resistência de amostras de polpa kraft de madeira macia branqueada refinada de alta consistência onde os níveis de energia de refinamento das amostras: A 1.844 kWh/t, B 5.522 kWh/t e C 11.056 kWh/t; A Fig. 17 ilustra um gráfico de barras de alterações na resistência à tensão de folhas feitas a partir de amostras de polpa kraft de madeira macia refinada de alta energia desintegradas com 14 dias em umidade constante e secas ao ar a 50 e 90% de teores de sólidos; A Fig. 18 ilustra fotografias mostrando a polpa refinada de alta energia HCR1 (8.221 kWh/t) após a descarga do refinador de disco de escala piloto (A), após pré-dispersá-la no mesmo refinador de 3 passagens na condição específica do presente método (B), e após a secagem ao ar, esta amostra de 3 passagens (C), onde o peso de cada uma das amostras A, B e C era 24 g (com base no material seco); A Fig. 19 ilustra seis imagens de micrografias ópticas de polpa refinada HCR1 do exemplo 10 - nenhuma passagem no refinador (P0) e amostras semi-secas pré-dispersas de P1 a P5; A Fig. 20 ilustra 3 micrografias ópticas de polpa refinada HCR1 (8.221 kWh/t) - nenhuma passagem no refinador A (P0), refinador pré- disperso B (P6), e C corresponde a P6 depois de ser adicionalmente desintegrada em água em um liquidificador Waring; A Fig. 21 ilustra um gráfico de barras de percentual em peso de frações de Bauer-McNett da polpa de alta energia desintegrada HCR1 (8.221 kWh/t) - nenhuma passagem no refinador A (P0), 6 passagens no refinador B (P6), e C corresponde a P6 depois ser adicionalmente desintegrada em água em um liquidificador Waring; A Fig. 22 ilustra imagens de micrografias ópticas de polpa refinada de alta energia HCR1 (8.221 kWh / t) - nenhuma pré-dispersão no refinador A (P0), P0 seca ao ar B e P0 tratada com carbonato de propileno a 20%, então, seca ao ar C; A Fig. 23 ilustra um gráfico de barras de frações de Baeur- McNett de polpa refinada de alta energia HCR1 do exemplo 7 - P0 úmida, P0 seca ao ar, P0 seca ao forno, P0 tratada com carbonato de propileno (PC) a 20% e com glicerina a 20%, então, seca ao ar; A Fig. 24 ilustra imagens de micrografias ópticas onde a amostra A não é tratada e a amostra B é tratada com Quilon C a 1% de acordo com o método descrito neste documento; e A Fig. 25 ilustra micrografias ópticas que mostram que o tratamento de polpa BSWK refinada de alta consistência e alta energia com produtos químicos selecionados de acordo com o método descrito neste documento melhora substancialmente a dispersão da polpa de emaranhamento em fibras e fibrilas individualizadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0077] A presente descrição é direcionada a um método para transformar um material fibroso de polpa de entrada em um material fibroso semi-seco ou seco pré-disperso e no material fibroso pré-disperso transformado. O método, simultaneamente, abre, desembaraça e fibrila o material fibroso da polpa de entrada. O método também pode misturar de forma eficiente o material fibroso de entrada com produtos químicos ao evaporar a umidade em um processo refinador de disco mecânico atualizado. O refinador é usado sob o alvo de controle de ponto de ajuste operacional especial para três variáveis de processo, que são; 1) energia específica de refinamento aplicada, 2) abertura de lacuna de refinador e 3) consistência de saída de refinador. Dependendo do tipo de polpa de alimentação e da consistência de polpa de alimentação, a saída do refinador é de materiais fibrosos semi-secos pré-dispersos de 30 a 99% de sólidos com 70 a 100% de fibras separadas e dependendo do tratamento químico usado, o restante são o material fibroso emaranhado de forma solta que neste estágio dispersam em água ou meios hidrofóbicos usando técnicas de desintegração ou composição comuns. A saída semi-seca pré-dispersa é adicionalmente processada em processo em linha ou descontínuo por agitação em ar a velocidades suficientes para adicionalmente separar as fibras e emaranhados fibrosos soltos e subsequentemente colocando-as em fardos comprimidos ou formando camada de ar em tramas não-tecidas e péletes de trama cortados em cubos, utilizando técnicas de secagem suave para níveis de secura desejáveis. Os tipos de polpa de alimentação do refinador de formas adequadas para processamento pelo método descrito neste documento são qualquer uma dentre as fibras de lignocelulose e celulose comuns e suas fibras fibriladas, algumas fibras sintéticas aplicáveis e misturas das diferentes fibras de lignocelulose e fibras fibriladas ou quaisquer misturas de fibras de lignocelulose ou fibras fibriladas com fibras sintéticas adequadas e/ou partículas orgânicas ou inorgânicas. Os produtos químicos se destinam a simplificar a separação de fibras e fibrilas de fibra emaranhadas de alta consistência, impedir a sua auto-colagem e hornificação na evaporação de água e conferir-lhes novas propriedades funcionais desejáveis para as suas aplicações eficientes em sistemas secos, aquosos e não aquosos. Os materiais fibrosos semi-secos e secos dispersíveis dos fardos comprimidos, tramas ou péletes de trama cortados em cubos são adaptados com propriedades funcionais específicas adequadas para aplicações eficientes em papel, papelão, embalagem, tecido e toalha; produtos de espuma, produtos de placa de fibra, compósitos termofixos e termoplásticos; produtos de cimento, concreto e gesso; e limpeza de derramamento de óleo, núcleo absorvente de fraldas, produtos para cuidados pessoais e outros usos.

[0078] O material fibroso produzido é aplicável a sistemas ou composições e produtos secos, aquosos e não aquosos. O método descrito neste documento começa com: um refinador de disco operando em 1) energia específica inferior por tonelada de sólidos de fibra, 2) e uma lacuna maior entre o refinador de disco do que os refinadores de disco convencionais, e 3) uma consistência de material fibroso de saída superior em comparação à polpa de entrada. O método descrito no momento atinge a abertura, separando, fibrilando, tratamento químico ou mistura de fibras de polpa com uma faixa de 20 a 97% de teor de sólidos, através de um processo descontínuo ou um contínuo com um refinador de disco ou múltiplos refinadores comumente empregados na indústria de polpa e papel. Os refinadores de disco são empregados sob condições não tradicionais e operadas em condições atmosféricas ou sob pressurização. As condições não tradicionais se baseiam no aumento do volume da zona de refinação no interior do refinador de disco ao controlar a abertura de lacuna entre os discos para um ponto de ajuste-alvo para permitir uma abertura mais ampla, controlando a energia específica aplicada a um alvo de ponto de ajuste para aplicar apenas a energia específica mínima que é predeterminada e calculada e para controlar a consistência de refinador para um ponto de ajuste-alvo de modo que a evaporação de água é controlada para ser progressiva, mas não agressiva, a fim de facilitar a abertura de fibras e facilitar o tratamento químico que acontece no interior da zona de refinamento. O processo e os produtos químicos funcionais selecionados são dosados para a polpa antes da entrada do refinador ou, preferencialmente, na entrada da polpa de alimentação em direção ao centro do refinador, onde a mistura uniforme e rápida ocorre com as fibras da polpa. Os produtos químicos se destinam a simplificar a separação de fibras e seus emaranhados ou nós, impedir a sua hornificação e auto-colagem na evaporação de água e conferir-lhes novas propriedades funcionais desejáveis para dispersão eficiente em composições secas, aquosas e não aquosas. A saída é aberta ou pré-dispersa, materiais fibrosos de 30 a 99% em peso de sólidos, preferencialmente de 50 a 99% em peso de teor de sólidos que, dependendo do tipo e da forma de polpa de alimentação podem conter 100% de fibras separadas ou níveis substancialmente altos de fibras fibriladas separadas e as fibras e/ou fibrilhas emaranhadas são desembaraçadas, as quais são, nesta fase, facilmente dispersíveis em água usando técnicas de desintegração de fabricação de papel comuns. A saída pré-dispersa é processada de forma adicionalmente preferencial, descontínua ou em linha, usando agitação em ar a velocidades suficientes para adicionalmente separar fibras e desembaraçar emaranhados e subsequentemente formando em fardos comprimidos ou formando camada de ar em tramas não-tecidas comprimidas ou péletes de trama cortados em cubos de níveis de secura desejáveis usando técnica de secagem suave. Dependendo do tratamento químico e/ou dos aditivos funcionais utilizados, o material fibroso dos fardos, tramas ou péletes de trama são dispersíveis em formas secas, água e composições aquosas ou em composições hidrofóbicas, tais como resinas termofixas e polímeros termoplásticos. Neste documento, "material fibroso" se refere a quaisquer fibras de lignocelulose ou celulose em fibrilhas não fibriladas, externamente fibriladas, microfibriladas ou de nanofilamento, em que a proporção de comprimento em relação ao diâmetro (proporção de aspecto) de tal material fibroso é de pelo menos 5 a 2000, mas mais preferencialmente de 10 a 500.

[0079] Os tipos de material fibroso de polpa de alimentação do refinador adequados para processamento pelo método descrito neste documento são qualquer um dentre as fibras de lignocelulose e celulose comuns, suas fibras fibriladas ou fibras pré-enroladas, incluindo fibras de polpa à base de madeira comum, tais como polpa mecânica de refinador, polpa termomecânica, polpa quimiotermomecânica, polpa química (kraft e sulfito), polpa fofa comercial; fibra de polpa de casca de semente, tais como a partir de cascas de soja, cascas de ervilha, cascas de milho; polpa de fibra de floema, tal a partir de linho, cânhamo, juta, rami, kenaf; polpa de folha, tal a partir de cânhamo-de-manila, cânhamo de sisal; caule ou fibras de palha, tais como a partir de bagaço, milho, trigo; fibras de grama, tais como a partir de bambu; fibras de corte curto sintéticas, tais como lyocell, acrílica (poliacrilonitrila PAN), aramida, álcool polivinílico PVOH, ácido polilático PLA, polietileno PE, polipropileno PP, poliéster (polietilenotereftalato PET), náilon (poliamida PA); misturas de diferentes fibras de lignocelulose, fibras de celulose e fibras fibriladas, ou quaisquer misturas de fibras de lignocelulose, fibras de celulose ou fibras fibriladas com outras fibras sintéticas picadas aplicáveis e/ou particulados orgânicos ou inorgânicos. Os comprimentos de material fibroso preferenciais nas polpas ou nas misturas de polpas a serem processadas pelo método descrito neste documento, variam entre 0,1 mm até 10 mm e de diâmetros entre 0,02 a 40 mícrons ou proporções de aspecto médio de 5 a 2000, mas, mais preferencialmente, de 10 a 500. Para evitar a formação de emaranhados fibrosos, as fibras vegetais longas (cânhamo, sisal, linho, kenaf e juta) de proporções de aspecto normalmente variando de 100 a 2000 podem ser processadas com este método desde que algumas medições especiais sejam tomadas para evitar quaisquer emaranhados prematuros. Para algumas aplicações especiais, tais como não- tecido seco ou úmido, as fibras vegetais podem ser misturadas com fibras de polpa de madeira como um meio para criar novos materiais fibrosos pré- dispersos de desempenho superior. Fibras curtas sintéticas, tais como aquelas descritas acima, também podem ser misturadas no refinador de disco com fibras de lignocelulose ou celulose de alta consistência ou suas fibras fibriladas. Estas fibras sintéticas curtas podem desempenhar um papel importante no aumento da remoção de materiais fibrosos à base de madeira e, assim, melhorando o processamento e as propriedades de mantas não-tecidas feitas com altas proporções de material fibroso de madeira. O teor de sólidos do material fibroso de polpa pode variar de 20% a 85% e até 97%.

[0080] O método descrito neste documento se destina a resolver a questão da dispersão das fibras fibriladas de alta consistência semelhantes às produzidas em refinadores de disco de alta consistência divulgados nas patentes US3382140, US3445329 e GB 1185402, e mais especificamente aqueles nanofilamentos de celulose divulgados em nossa patente publicada recentemente CA2824191 A1 produzida em níveis de energia de refinamento variando entre 2.000 e 20.000 kWh/t, preferencialmente de 5.000 a 20.000 kWh/te mais preferencialmente 5.000 a 12.000 kWh/t. Além disso, as fibras fibriladas mais preferenciais para processar pelo método descrito neste documento são aquelas produzidas em refinadores de disco duplo em níveis de consistência de 30 a 60% e em níveis de energia que variam de 200 a 2.000 kWh/t, e mais preferencialmente em níveis de energia entre 400 e 1.000 kWh/t. As fibras fibriladas preferenciais também podem ser produzidas em refinadores de disco de consistências baixas a médias (3 a 20% de sólidos) em níveis de energia de 200 a 2.000 kWh/t, então, desidratadas em prensas de rolo duplo ou prensas de parafuso até um teor de sólidos de 30 a 60%. As fibras fibriladas adequadas para processar o presente método são polpas que se ligaram e/ou separaram ou fibrilas livres de proporções de pelo menos 10 a 1.000 e uma largura de 20 nm a 500 nm.

[0081] O método pode ser implementado pela alimentação de transportador de correia ou parafuso no refinador de abertura de qualquer uma das fibras de polpa comuns acima ou misturas de várias fibras de polpa que também podem conter adjuvantes de natureza orgânica e mineral. Estas polpas podem ser alimentadas na entrada de refinador de abertura em formas de pedaços ou flocos de polpas desidratadas, tais como aquelas desidratadas em prensas de rolos duplos ou prensas de parafuso, ou em formas de folhas e fardos de polpa comercial pré-triturada nunca seca ou seca. Estas formas de polpa serão diretamente impregnadas no refinador de abertura com água ou produtos químicos para atingir a consistência desejada e o tratamento químico. Uma fibra de polpa fibrilada de alta consistência que já foi pré- processada em refinador de alta consistência pode ser alimentada no refinador de abertura de maneira similar às polpas acima ou pode ser diretamente alimentada em linha no refinador de abertura de outro refinador de disco de alta consistência ou uma série de refinadores de disco. Papel reciclado ou papel rompido por máquina, tais como aqueles dentre papel de impressão, papelão canelado, papel kraft de saco, papel de parede, papel toalha e papel para embalagem de líquidos, também pode ser triturado e impregnado no refinador de abertura com água e/ou produtos químicos para atingir as consistências e tratamento químico desejados. A água de diluição e/ou produtos químicos são diretamente dosados na polpa no centro do refinador de disco através de uma bomba de deslocamento positivo. A reação de fibras com alguns produtos químicos pode ocorrer nas suaves condições de refinador e/ou durante uma secagem subsequente em temperaturas desejadas. A abertura de polpa no refinador, sem ou com produtos químicos introduzidos, pode ser passada várias vezes no mesmo refinador (processo descontínuo) ou continuamente processada em outros refinadores colocados em série. Dependendo das propriedades desejáveis do material fibroso pré- disperso a ser produzido pelo presente método, vários produtos químicos poderiam ser introduzidos no refinador como uma mistura durante a abertura de fibra de primeira passagem e/ou sequencialmente introduzidos na primeira passagem, segunda passagem ou terceira e quarta passagens de um refinador descontínuo ou de múltiplos refinadores contínuos.

[0082] O refinador usado para obter os resultados destes exemplos foi um refinador de disco duplo Bauer 400 atmosférico piloto operado a uma taxa de alimentação de polpa de cerca de 2,25 kg/min e uma velocidade de rotação de 1.200 rpm. As condições de refinador suaves ajustadas para atingir o objetivo do método descrito neste documento se baseiam na abertura de lacuna ampla entre os discos e na utilização de níveis de energia muito baixos. Estas condições foram suficientes para causar a abertura imediata e a fibrilação de fibras ou enrolá-las ao misturá-las de forma eficiente com aditivos químicos e/ou adjuvantes e evaporando a umidade da água gerada pelo calor termocinético. Como será explicado posteriormente, para uma determinada alimentação de consistência de polpa ao refinador de disco, o nível de evaporação de água durante uma passagem dependerá essencialmente da consistência de polpa inicial, do nível de abertura de placa ou do nível de energia aplicado e do tamanho do refinador de disco. Estas condições de operação suaves são necessárias para impedir o corte das fibras e suas fibrilas externas durante a abertura simultânea de material fibroso de polpa e desembaraçamento de seus nós.

[0083] Verificamos que as fibras de madeira ou vegetais de alta consistência comuns, em formas de polpa ou flocos nunca secas ou folha triturada seca, tais como fibras termomecânicas, fibras quimiotermomecânicas e fibras kraft, eram todas fáceis de abrir no refinador operado na lacuna de placas amplamente abertas e em níveis de energia variáveis, em fibras separadas pré-dispersas e potencialmente transmitidas com fibrilas externas. Dependendo da consistência da polpa no refinador e se os produtos químicos são usados ou não, o nível de fibras separadas na polpa de saída semi-seca pré-dispersa pode variar entre 95% e 100% para fibras termomecânicas, quimio-termomecânicas e polpas químicas de madeira dura e de 70 a 95% para fibras químicas de madeira macia, tais como aquelas de polpas kraft de madeira macia do norte e do sul. Para as polpas kraft de madeira macia, quanto menor a consistência de polpa no refinador, menor é o nível de fibras individualizadas na polpa semi-seca pré-dispersa. As fibras não separadas restantes são essencialmente material fibroso emaranhado de forma solta que podem ser dispersas por agitação em ar, água ou composições aquosas. Se as fibras pré-dispersas forem deixadas secar completamente, então, elas ainda podem ser dispersíveis em fibras individuais, na forma seca ou em água, utilizando os meios de dispersão convenientes. Com tratamentos químicos apropriados no refinador, as fibras semi-secas e secas pré-dispersas produzidas podem ser dispersíveis em fibras separadas por agitação em ar e em meios hidrofóbicos, tais como em polímeros termoplásticos.

[0084] Verificamos também que ao passar no refinador de abertura, operado nas mesmas condições acima, uma polpa kraft de madeira macia refinada de alta energia recém-fabricada de 20 a 45% de sólidos, que está em uma forma de feixes densos ou aglomerados e contém alto nível de emaranhados, foi possível convertê-la em uma forma pré-dispersa de teores de sólidos de até 60%. Esta fibra fibrilada semi-seca pré-dispersa de saída continha materiais fibrosos essencialmente dispersos e alguns emaranhados soltos residuais que eram dispersíveis em água com algum cisalhamento mecânico. Porém, a secagem do material fibroso semi-seco pré-disperso as transformou em redes hornificadas sólidas e, consequentemente, a sua mistura mecânica em água exigiu maior tempo para a sua dispersão e o seu potencial de reforço para papel diminuiu. No entanto, quando os produtos químicos apropriados foram introduzidos na mesma fibra fibrilada acima no refinador de abertura, foi possível pré-dispersar material fibroso e evaporar água ao ainda atingir material fibroso bem separado na forma semi-seca. As amostras pré-dispersas semi-secas dispersaram bem em água e praticamente não continham nós e o grau de hornificação era apenas ligeiramente diferente daquele da amostra inicial antes de qualquer pré-dispersão. Os produtos químicos foram utilizados com a finalidade de impedir a auto-colagem e o emaranhamento de fibras e fibrilas. Outros químicos selecionados também foram utilizados nas mesmas condições para conferir novas propriedades funcionais aos materiais fibrosos semi-secos e secos dispersos. Essas propriedades funcionais adicionadas têm um significado importante, pois podem ser adaptadas para melhorar o desempenho nas aplicações direcionadas, tais como melhor absorção, hidrofobicidade ou adesão.

[0085] As fibras semi-secas pré-dispersas e as fibras fibriladas semisecas acima foram, adicionalmente, separadas utilizando um alto fluxo de jato de ar ou agitação em ar, ao formá-las em manta não-tecida ou trama contínua por sucção de ar. A trama em formas semi-secas foi adicionalmente seca até cerca de 99% de sólidos. O material fibroso separado em forma de trama seca era muito mais fácil de manipular, livre de pó e pode ser cortado em cubos em péletes para dose ou alimentação eficiente para as aplicações pretendidas. Formar o material fibroso separado em trama não-tecida pode ser atingido com técnicas de formação de camada de ar bem conhecidas. Nas técnicas de formação de camada de ar, as fibras, que podem ser curtas ou dos mesmos tamanhos do material fibroso para processar pelo presente método, são alimentadas em uma corrente de ar e daí para uma correia em movimento ou cilindro perfurado, onde formam uma trama orientada aleatoriamente. A técnica de formação de camada de ar é, em geral, conhecida a partir da patente GB N.° 1.499.687, que descreve uma instalação para a produção a seco de uma trama ou manta de fibra não-tecida. Esta instalação tem um cabeçote de formação de camada de ar na forma de uma caixa que é definida por uma base perfurada na parte inferior. Acima da base há filas de asas rotativas que distribuem as fibras durante a operação em fluxos através da base perfurada. Por baixo desta base é colocado um arame de formação permeável ao ar que percorre sem parar durante o funcionamento para acomodar fibras que são arrastadas através das aberturas da base perfurada pela pressão negativa em uma caixa de sucção colocada sob o arame de formação. O material fibroso pré-disperso produzido pelo presente método. As tramas fibrosas semi-secas são consolidadas entre os rolos que pressionam. Nesta fase, as tramas podem ser cortadas em cubos em péletes ou cortadas em mantas. As tramas contínuas também podem ser secas e transformadas em rolos.

[0086] Como discutido anteriormente, a secagem de uma polpa refinada de alta consistência pode aumentar a hornificação e criar nós e rolos mais permanentes. Tal polpa hidratará e dispersará menos em ar, água e suas folhas teriam propriedades de baixa resistência. O valor de retenção de água (WRV) da polpa é usado aqui como uma medição para avaliar o impacto térmico na pré-dispersão no refinador como uma função do aumento em sua consistência de saída. O WRV é medido em amostras de polpa embebidas em água, então, desintegrado à consistência de 1,2% utilizando um desintegrador britânico de laboratório padrão (T205 om-88). Verificamos que a perda em WRV da polpa devido à evaporação de água ou secagem era altamente dependente do tipo de fibra processada e sua liberdade ou seu grau de refinamento. Por exemplo, ao se desintegrar em água, uma polpa kraft de madeira macia altamente refinada de cerca de 30% de sólidos utilizando um desintegrador britânico padrão, a pasta continha alto nível de nós fibrosos. Verificou-se que o alto nível de nós diminui significativamente se a polpa for embebida em água quente, aumentando o pH ou por desintegração adicional em um liquidificador alimentar Waring por vários minutos. Quando a mesma polpa kraft de madeira macia altamente refinada de alta consistência foi pré- dispersa, de acordo com o método descrito neste documento, verificamos que à medida que o nível de evaporação de água aumentava devido ao aumento do número de passagens no refinador, o WRV da polpa semi-seca pré-dispersa caiu. Por outro lado, com a polpa kraft de madeira macia não refinada, à medida que o nível de evaporação de água aumentou devido ao aumento do número de passagens no refinador de abertura, as fibras de polpa semi-secas pré-dispersas tornaram-se externamente fibriladas e levemente enroladas. Inicialmente, o WRV da polpa semi-seca pré-dispersa aumentou, depois de 4 passagens, o WRV começou a cair, mas ainda permaneceu superior àquele da amostra não pré-dispersa de controle. Consequentemente, a polpa semi-seca pré-dispersa desintegra facilmente em água e formou folhas fortes, enquanto a fibra kraft fibrilada semi-seca pré-dispersa, após 3 passagens, ainda desintegraram bem em água e formaram folhas fortes, mas à medida que o número de passagens de pré-dispersão aumentaram para mais de 4 tornou-se gradualmente difícil de desintegrar em água e as folhas formadas eram mais fracas e continham alguns nós fibrosos residuais. Novamente, quando produtos químicos apropriados foram introduzidos nas fibras ou fibras fibriladas acima no refinador de abertura, foi possível dispersar as polpas semi-secas várias vezes e evaporar sua água para altas consistências, mas elas ainda dispersam bem em água e formam folhas fortes, como será demonstrado na seção de exemplos.

[0087] Ao utilizar o método descrito neste documento, muitos produtos químicos ou aditivos comercialmente disponíveis podem ser introduzidos em fibras de polpa durante a sua pré-dispersão no refinador para atingir as propriedades desejadas para as aplicações específicas. Verificamos que o refinador é um excelente misturador instantâneo para produtos químicos com material fibroso de polpa e a condição térmica disponível promovem sua adsorção e reação homogênea em superfícies e interfaces fibrosas. Este método para incorporar os produtos químicos no refinador é diferente daqueles utilizados em processos tradicionais ou novos métodos divulgados para produzir fibras de polpa pré-dispersas individualizadas utilizando dispositivos de desfibração mecânicos comuns, tais como um moinho de martelos. Os produtos químicos de tratamento podem incluir, mas não estão limitados a, plastificantes, lubrificantes, tensoativos, fixadores, agentes de reticulação, materiais hidrofóbicos, particulados orgânicos e inorgânicos (minerais), agentes formadores de espuma, particulados absorventes, agentes de volume, tinturas ou corantes, conservantes, agentes branqueadores, agentes retardadores de fogo, polímeros, látex, resinas termofixas, ligninas, combinações de substâncias de tratamento e outros materiais para o desenvolvimento de propriedades específicas de uso final para fibras. Os produtos químicos preferenciais são destinados a (1) promover a separação ou dispersão de material fibroso e eliminar os emaranhados de fibras fibriladas de alta consistência, bem como outras fibras de polpa, impedir o efeito de secagem na hornificação e auto-colagem e agregação de material fibroso; (2) conferir características hidrofílicas e hidrofóbicas às fibras e a possibilidade de desenvolver fibrilas externas nas fibras ou material fibroso de forma enrolada; (3) introduzir em material fibroso, cadeias poliméricas, moléculas de resina, agentes de acoplamento, agentes reagentes de celulose, tensoativos, agentes de desenvolvimento de espuma, agentes de desenvolvimento de volume, agentes de reticulação inter-fibras e intra-fibras, agentes de acoplamento, moléculas substantivas antimicrobianas; (4) fixar partículas finas coloidais nas superfícies da fibra ou ligar agentes melhoradores de volume, partículas orgânicas e minerais ou partículas absorventes ou partículas de polímero. Alguns dos produtos químicos ou aditivos úteis são descritos abaixo:

[0088] 1. Auxiliares Químicos: Plastificantes ou lubrificantes estão entre os auxiliares químicos mais úteis adequados para reduzir a hornificação e a auto-colagem de material fibroso de polpa. Os plastificantes são compostos poli-hidroxi também conhecidos como álcoois polifuncionais ou polióis, tais como etileno, propileno, dipropileno, butileno e polímeros de glicol de baixo peso molecular e suas misturas. Estes compostos próticos polares têm um grupo hidroxila e uma cadeia de hidrocarbonetos não polares e, assim, têm a afinidade para formar ligações de hidrogênio com celulose e água, que é uma força intermolecular poderosa. Compostos próticos são definidos como moléculas com ligações O-H ou N-H. As ligações O-H ou N- H podem servir como uma fonte de prótons (H+). O óleo mineral e muitos lubrificantes que podem ser utilizados em combinação com compostos poli- hidroxi podem incluir ftalatos, citratos, sebacatos, adipatos e fosfatos. Em função de suas altas temperaturas de ebulição e de ponto de inflamação, alguns desses produtos químicos podem atuar como um bom substituto para um pouco da água evaporada durante a operação de pré-dispersão no refinador de disco. Como descrito anteriormente, a celulose microfibrilada totalmente seca re-dispersível em água divulgada na Pat. US4481076, que contém um composto poli-hidroxi como um plastificante, está na forma de agregados hidrofílicos que não são dispersíveis em fibrilas individuais separadas secas, nem as fibrilas de agregados dispersam em composições hidrofóbicas.

[0089] Verificou-se que outros auxiliares químicos têm bom desempenho como plastificantes e são bons substitutos para um pouco da água evaporada nas fibras de pré-dispersão no refinador são solventes apróticos dipolares, tais como os carbonatos de alquileno, a saber, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de glicerol e suas misturas ou misturas com outros produtos químicos, tais como triacetina, 1,4-ciclohexanodimetanol, e dimetilol-etileno-ureia e polióis. Os solventes apróticos dipolares são definidos da seguinte maneira: "Os solventes apróticos podem ter hidrogênios neles, mas não possuem ligações O-H ou N- H e, portanto, não podem se ligar por hidrogênio a si mesmos". Os carbonatos de alquileno são miscíveis com água, atuam como removedores para água e são relativamente baratos. Eles possuem alta constante dielétrica e alta polaridade, e também possuem alto ponto de ebulição e pontos de inflamação. Eles são comumente usados em muitas aplicações industriais, tais como um solvente co-reagente em resinas epóxi. Para o presente método, os carbonatos de alquileno selecionados devem ser introduzidos na polpa de alta consistência no refinador isoladamente ou em combinação com produtos químicos poli-hidroxi e outros aditivos funcionais. Outros solventes apróticos dipolares que atendem aos critérios incluem DMF e DMSO, mas devido à sua natureza química, estes solventes orgânicos não são considerados no presente método.

[0090] A mistura das polpas kraft refinadas de alta energia úmidas com os plastificantes acima e/ou líquidos de carbonato de alquileno no refinador de disco provê a capacidade de produzir material fibroso semi-seco pré-disperso que é hidrofílica e facilmente dispersível em água por métodos de desintegração comuns, tais como em um reidratador de polpa comumente usado na fabricação de papel. A pasta de polpa contém material fibroso altamente disperso livre de emaranhados ou nós. Quando o material fibroso semi-seco pré-disperso é adicionalmente seco ou agitado ao ar, então, seco, ele também permanece bem dispersível em água e a pasta de polpa está livre de nós. Como será demonstrado posteriormente pelos exemplos, o potencial de reforço de seu material fibroso semi-seco ou seco dispersado em água, previamente tratado com plastificantes ou lubrificantes, é aplicado a fornos de papel ou composições à base de água, era similar ou até melhor em comparação ao material fibroso nunca envelhecido ou seco recém-produzido. Enquanto os plastificantes e lubrificantes têm o potencial de reduzir o efeito de secagem na hornificação de material fibrosa e auto-colagem de fibrilas nas fibras, se forem retidos na folha durante a fabricação de papel, os benefícios de fortalecimento podem ser afetados devido à interferência na ligação fibrosa.

[0091] 2. Aditivos funcionais: Uma vez que os auxiliares químicos acima podem minimizar a hornificação e auto-colagem de fibrilas nas fibras durante a pré-dispersão no refinador e na secagem, a introdução de aditivos funcionais selecionados é, assim, necessária para conferir material fibroso com características de hidrofilicidade ou hidrofobicidade, ou conferir-lhe com ondulação, volume, densidade, porosidade, formação de espuma, extensibilidade ou capacidade de ligação, ou propriedades antimicrobianas, retardadoras de fogo e agentes preenchedores minerais necessários para as utilizações finais específicas dos muitos produtos. Seguem-se duas séries de exemplos em que os aditivos funcionais podem ser utilizados isoladamente ou em combinação com os auxiliares químicos:

[0092] Polímeros de polissacarídeo solúveis em água e polímeros ou particulados insolúveis em água: Estes são polímeros lineares e ramificados hidrofílicos solúveis em água. Exemplos de polissacarídeos incluem amido, alginato, hemicelulose, xilano, carboximetilcelulose e hidroxietilcelulose. Quando adicionados ao material fibroso de polpa úmido isoladamente ou na presença de alguns auxiliares químicos de acordo com o método descrito neste documento, os produtos químicos podem adsorver em superfícies fibrosas. A fixação destes polissacarídeos em superfícies fibrosas fabricará o material fibroso pré-disperso facilmente dispersível em água e, assim, encontrará usos como aditivos de alto reforço para produtos de fabricação de papel e outros produtos de produto à base de água. Particulados de polímero superabsorvente seco (SAP), que têm a capacidade de absorver rapidamente grande quantidade de água ou líquidos humanos sem se dissolver, também podem ser fixados durante a pré-dispersão de material fibroso semi-seco. Tal fixação de particulados de SAP em superfícies fibrosas poderia impedir o seu desalojamento físico indesejável e a migração na absorção de líquido nas mantas absorventes.

[0093] Produto químicos de dimensionamento, remoção, amaciamento e tensoativos: Emulsões de dimensionamento de fabricação de papel comuns, tais como dímero de alquil-ceteno (AKD), anidrido succínico de alcenila (ASA), breu, anidrido de estireno maleico (SMA) e ácido acrílico de estireno (SAA); ácidos graxos, a saber, estearato de sódio e estearato de cálcio; silanos, complexos de cromo, tais como soluções de Quilon™ C e Quilon™ H, que contêm a cadeia hidrofóbica de hidrocarboneto, tal como um grupo de ácido esteárico com cromo. As emulsões de dimensionamento fabricam as fibras pré-dispersas hidrofóbicas e promovem sua separação. Os complexos de cromo, tais como Quilon, bem como uma solução de estearato de polioxo-alumínio, podem prover alta hidrofobicidade de superfície após a secagem do material fibroso e, assim, podem atuar como um agente de ligação e também minimizar o pó em materiais secos. Estes materiais fibrosos hidrofóbicos encontrarão utilização como meios de filtração, absorventes de óleo e em compósitos plásticos.

[0094] Um removedor ou amaciante químico que não altera significativamente a hidrofilicidade de fibras contém, além das cadeias alquílicas hidrofóbicas, unidades de óxido de etileno. Um bom exemplo é Arquad™ 2HT-75 (cloreto de di(sebo hidrogenado) dimetilamônio), que se verificou impedir a ligação de fibras da polpa sem prejudicar a hidrofilicidade. Outros produtos químicos, tais como brometo de hexadeciltrimetilamônio, cloreto de metiltrioctilamônio, cloreto de dimetildioctadecilamônio poderiam ser utilizados para obter remoção e suavidade. O material fibroso desvinculado hidrofílico pode ser usado para fabricar boas mantas volumosas absorventes de água para diferentes aplicações industriais. O hexametildissilazano (HMDS) é outro exemplo de produtos químicos que são bem substanciais para as fibras de celulose e promovem sua dispersão e compatibilidade com polímeros hidrofóbicos. Estudos recentes sugeriram que o tratamento com HMDS das fibras de polpa aumentará as fibrilas e microfibrilas secas (Irving B. Sachs. Wood and Firber Science. 20(3). 1988. págs. 336-343.)

[0095] Estes produtos químicos removedores são preferencialmente introduzidos no material fibroso úmido com os auxiliares químicos para facilitar a umectação e a dispersão de materiais fibrosos. Exemplos de produtos químicos úteis para as finalidades do presente método são similares àqueles bem descritos em US4303471, US4432833, US4425186, US577308 e US5750492. Para a finalidade do presente método, a fixação destas moléculas em superfícies fibrosas é rapidamente atingida durante a primeira passagem de pré-dispersão no refinador e, assim, não são necessários estágios complicados, tais como o pré-tratamento de pasta de polpa e desidratação ou lavagem de polpa tratada ou folha de polpa de pré-impregnação.

[0096] Compostos tensoativos (abreviação de agentes de tensão superficial) de natureza não iônica, aniônica, catiônica, anfotérica e polimérica são comumente usados em muitas aplicações como meio de diminuir a tensão superficial (ou tensão interfacial) entre dois líquidos ou entre um líquido e um sólido. Os tensoativos são úteis para umidificar, emulsificar, formar espuma, dispersar e remover fibras de polpa. Tensoativos não iônicos bem fixos compostos de uma cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica podem conferir hidrofobicidade e grupos funcionais reativos para materiais fibrosos. Um surfactante não-iônico em particular é o Triton™ X100 (iso-octilfenoxi polietoxietanol) que pode melhorar a compatibilidade de material fibroso com resinas de epóxi e de poliéster. O Triton™ X100 tem uma afinidade para se fixar sobre superfícies fibrosas na presença de um intensificador, tal como fenol e lignina. Outros tensoativos úteis para o presente método são dodecil (éster) sulfato de sódio, éter dimetílico de tetradecil fosfônico, octilfenol polietoxilado, diéster de glicerol (diglicerídeo), alquilbenzenossulfonatos lineares, sulfonatos de lignina, etoxilatos de álcool graxo e etoxilados de alquilfenol.

[0097] Outra molécula reativa que pode ser fixada em superfícies fibrosas pelo processo do presente método é cloreto de benzoíla. Seu grupo fenólico pode interagir com anéis de benzeno e grupos metila presentes na resina de poliéster usada para fabricar compósitos termofixos. Isto irá conferir compatibilidade com material fibroso e resina de poliéster e também reduzir a hidrofilicidade fibrosa.

[0098] Dependendo da química do aditivo funcional utilizado, o material fibroso pré-disperso terá o potencial de facilmente dispersar novamente em fornos de fabricação de papel e outras composições à base de água ou ter boa compatibilidade e mistura durante a extrusão de composição com polímeros de poliolefina. No entanto, para compósitos termoplásticos, as dosagens dos auxiliares químicos, agentes removedores ou de dimensionamento devem ser mantidos baixos, a fim de evitar perda na resistência à tensão do produto compósito final. Isto porque os plastificantes de baixo peso molecular fixos, agentes removedores e de dimensionamento hidrofóbicos em superfícies fibrosas pré-dispersas secas promovem boa dispersão durante a extrusão de composição e moldagem por injeção, melhoram a resistência à água, mas diminuem a adesão entre o material fibroso e a matriz.

[0099] 3. Outros aditivos funcionais: Para atingir compatibilidade, adesão, reticulação, hidrofobicidade ou criar novas formulações de material fibroso, outros tipos de aditivos funcionais podem ser introduzidos na polpa durante a operação de pré-dispersão no refinador. O aditivo selecionado pode ser introduzido em combinação com os auxiliares químicos. Os aditivos funcionais selecionados devem ter boa afinidade para fixar e/ou reagir com materiais fibrosos no refinador e durante o estágio de secagem final, tais como os descritos abaixo:

[00100] Dispersões de água de copolímero: Tais copolímeros aniônicos de alto peso molecular incluem o ácido etil-acrílico (EAA); poliolefina à base de água HYPOD™ a partir de Dow (copolímero de etileno e copolímero de propileno), dispersões de poliuretano à base de água, a saber, fornecidas por BASF e DOW Chemical e muitos látexes, tais como borracha de estireno- butadieno (SBR), podem, todos, ser adsorvidos ou revestidos em superfícies fibrosas no refinador de disco. Estas dispersões de copolímero podem conferir hidrofobicidade e desempenhar um papel de agentes de acoplamento polimérico ao material fibroso seco e, assim, permitir melhor compatibilidade, composição e reforço adicional com polímeros termoplásticos convencionais, tais como ácido polilático (PLA), polibutirato adipato tereftalato (PBAT, Ecoflex), Mistura de PLA/PBAT (Ecovio), polipropileno (PP), polietileno (PE), poliestireno (PS), policloreto de vinila (PVC), poliuretano termoplástico (TPU), borracha e muitos outros termoplásticos de uso geral.

[00101] Agentes de acoplamento e de reticulação: Os produtos químicos que atingem este objetivo são muitos, anidridos maleicos ou polímeros maleatados, silanos, zirconatos e titanatos. As moléculas de silano contêm dois tipos de reatividade - inorgânica e orgânica - na mesma molécula. Uma estrutura molecular geral típica de silanos é (RO)3SiCH2CH2CH2-X, onde RO é um grupo hidrolisável, tal como metoxi, etoxi ou acetoxi, e X é um grupo organofuncional, tal como amino, metacriloxi, epoxi etc. Assim, uma única molécula de agente de acoplamento de silano ligada a uma superfície fibrosa pode atuar na interface entre o material fibroso e a matriz polimérica do compósito para se ligar ou acoplar estes dois materiais dissimilares.

[00102] Agentes químicos, tais como ácidos multifuncionais e aminas multifuncionais, também podem ser integrados com fibra de polpa úmida para desenvolver funcionalidades de superfície e reticulações intra-fibra ou reticulações inter-fibras. Muitas patentes anteriores descrevem bem os muitos agentes de reticulação, a saber, glioxal, aldeído, formaldeído, ácido cítrico, ácido dicarboxílico, ácido policarboxílico, usados para tratar celulose sob calor como um meio de conferir resiliência e capacidade de absorção de polpa pré-dispersa (US5049235, US6165919, US6264791, US7195695, US8475631). Fibras pré-dispersas reticuladas ou materiais fibrosos foram utilizados para aplicação em mantas não-tecidas usadas em fraldas e outros produtos absorventes líquidos para higiene.

[00103] A pré-refinação de alta consistência ou cisalhamento pré- mecânico e a compactação de polpa kraft de madeira macia, tal como em um refinador de disco ou um Frotapulper™, combinadas com o método descrito neste documento (ao pré-dispersar na presença de agentes químicos adequados) podem ser otimizados para criar fibras onduladas de natureza hidrofóbica. Tal material fibroso pré-disperso pode ser muito desejável para a combinação com polímeros superabsorventes na fabricação de mantas absorventes como um meio para exibir propriedades de volume e absorventes resilientes melhoradas. Na fabricação de fraldas, polímeros superabsorventes providos na forma de pós, grânulos ou fibras em partículas são distribuídos através das mantas fibrosas pré-dispersas necessárias para atingir uma alta absorvência de líquidos. As fibras enroladas reticuladas permitiriam a obtenção de redes resilientes durante a absorvência ou aquisição e retenção de líquidos polares, a saber, água, pelos particulados de polímeros superabsorventes.

[00104] Resinas termofixas: Exemplos das resinas termofixas mais preferenciais para o método descrito neste documento são resinas ou emulsões à base de água, tais como as resinas acrílicas (série Acrodur™) fornecidas por BASF e AQUASET™ fornecidas por Dow Chemical) e as resinas aquosas comuns, a saber, ureia-formaldeído, melamina-formaldeído, fenol- formaldeído, melamina-ureia-formaldeído e epoxi, que podem ser impregnadas em materiais fibrosos durante a operação de pré-dispersão no refinador do presente método descrito neste documento.

[00105] Dependendo dos auxiliares químicos e da resina à base de água injetada na polpa de mistura no refinador, o material fibroso impregnado pré-disperso produzido pode ser empregado na composição com polímeros termoplásticos ou usado na fabricação de compósitos termofixos baseados em matrizes de resina de poliéster, comumente usados em BMC (composto de moldagem de volume) e SMC (composto de moldagem de folha) ou compósitos de madeira, tais como MDF e HDF, bem como em muitos outros produtos compósitos.

[00106] 4. Fixadores poliméricos catiônicos: Para algumas utilizações, as frações de pequenas partículas finas aniônicas e substâncias dissolvidas e coloidais de polpas comerciais são indesejáveis na fabricação de papel. A injeção de agentes catiônicos ou anfotéricos selecionados ou polímeros de baixo a alto peso molecular, a saber, alume, quitosana, polivinilamina (PVAm), polietilenoimina (PEI), polidadmac, celulose catiônica e amido catiônico, durante a operação de pré-dispersão em refinador, pode permitir a neutralização e fixação os materiais finos nas superfícies das fibras. Estes aditivos também podem criar reticulações iônicas no interior do material fibroso e entre o material fibroso criando redes fibrosas com alta elasticidade, volume e porosidade e melhor resistência e absorvência. Complexos metálicos catiônicos também podem ser utilizados para obter a fixação e conferir hidrofobicidade às fibras. Verificamos que a fixação e a reticulação iônica permitem reduzir a propensão ao pó de material fibroso pré-disperso.

[00107] De acordo com o presente método, as polpas durante a sua pré- dispersão no refinador são impregnadas, mescladas ou misturadas com 0,1 a 40%, com base no peso de materiais, das substâncias químicas selecionadas combinadas com outros aditivos ou adjuvantes. As dosagens preferenciais de produtos químicos podem variar entre 0,1 a 20% em peso. As dosagens mais preferenciais de químicos podem variar entre 0,1 e 10% em peso. A polpa no refinador é pré-dispersa na presença de um, dois ou vários dos produtos químicos selecionados acima injetados juntamente durante a abertura da primeira passagem ou por adições subsequentes durante a pré-dispersão de segunda passagem ou de terceira passagem no refinador. Os produtos químicos selecionados se destinam a permanecer como parte dos materiais fibrosos semi-secos e secos e nenhuma lavagem, extração ou evaporação de material é necessária antes das suas utilizações.

[00108] Como descrito anteriormente, as fibras de polpa de lignocelulose ou as suas fibras fibriladas podem ser misturadas com quaisquer fibras vegetais ou de sementes e/ou fibras sintéticas de comprimentos e proporções de aspecto apropriados descritos anteriormente. Estas dimensões são necessárias para evitar a formação de emaranhados indesejáveis durante a pré-dispersão. As proporções das fibras vegetais ou de sementes e/ou fibras sintéticas que podem ser misturadas juntamente com as fibras de polpa de lignocelulose ou suas fibras fibriladas no refinador podem variar entre 1 e 99%. Elas podem ser introduzidas no refinador a partir de diferentes linhas de alimentação, tais como através de um, dois ou vários alimentadores de transportador de correia ou de parafuso, como será descrito mais tarde.

[00109] As seguintes descrições de processo podem ser empregadas para produzir os materiais fibrosos semi-secos pré-dispersos e a sua dispersão adicional por agitação em ar, secando e formando-as em fardos comprimidos, tramas ou péletes de trama cortados em cubos de níveis de secura desejáveis. Se a polpa a ser pré-dispersa é originada a partir de pasta de fibra de média ou baixa consistência, então, deve ser primeiro desidratada em um dispositivo, tal como uma prensa de parafuso, prensa de correia, centrífuga contínua, centrífuga descontínua ou prensa de rolos duplos para elevar a consistência, preferencialmente até cerca de 30-60% de sólidos, então, resultou em pequenos pedaços ou flocos por trituração, a fim de permitir a alimentação normal e operação de pré-dispersão no refinador de disco. Da mesma forma, se a polpa for originada a partir de uma folha ou fardos de polpa comercial seca, então, deve primeiro ser triturada em pequenos pedaços de tamanhos de 10 a 30 cm2, então, alimentada por um transportador helicoidal até o refinador, onde a água e/ou produtos químicos são introduzidos e a consistência é controlada para o nível de processamento desejado. Preferencialmente, a faixa preferencial de consistência de polpa durante a primeira passagem de abertura no refinador é de 20 a 97%, e o material pré- disperso de saída correspondente preferencial tem teor de sólidos que varia entre 30 e 99%.

[00110] O material fibroso semi-seco pré-disperso de saída pode ser adicionalmente disperso por agitação em ar e secagem suave ao formá-lo em fardos comprimidos, tramas ou péletes de trama cortados em cubos. De acordo com o processo, o material pré-disperso de saída do refinador é rapidamente mesclado com o fluxo de ar de alta velocidade gerado por ventoinhas externas, então, transferido através de um duto para um ciclone. O ciclone é conectado a uma bomba de transferência onde o material fibroso móvel é sugado do ciclone e pulverizado para formar fardos ou tramas. As ventoinhas externas, o ciclone e os dutos de ciclone de entrada e de saída são dimensionados para prover uma velocidade de corrente de ar suficiente para separar as fibras e soltar os emaranhados fibrosos. A temperatura do ar no ciclone pode ser ajustada para o nível desejado abaixo de 100 °C, preferencialmente entre 70 e 80 °C, ao soprar ar quente de um aquecedor através das ventoinhas. As fibras separadas semi-secas são coletadas do ciclone ao impulsioná-las através de um duto para fardos ou formando-as em tramas por sucção através de uma peneira móvel em uma caixa de vácuo. Quaisquer partículas finas que escaparam da peneira sob a caixa de vácuo são retornadas através de um duto para o ciclone. A trama formada em movimento é suavemente comprimida entre dois rolos, então, caso necessário, adicionalmente seca a temperaturas adequadas necessárias para completar a reação de produtos químicos com fibras. Verificamos que, ao manter o material fibroso disperso ao ar em formas semi-secas, foi possível fornecer as tramas comprimidas com alguma resistência mecânica necessária para o manuseio e também praticamente livres de pó.

[00111] Outras técnicas de secagem também podem ser integradas com o presente método, especificamente quando o material fibroso semi-seco pré- disperso se destina a ser coletado na forma de fardos. Enquanto o secador transportador, a rosca transportadora de secador e as técnicas de secagem instantâneas convencionais poderiam ser usadas para secar o material fibroso semi-seco pré-disperso feito pelo presente método, a técnica conveniente poderia ser o Secador a Vapor Superaquecido (SHSD) ou uma configuração de secagem equivalente que poderia ser conectado no processo contínuo deste método. O secador superaquecido é um tipo de transporte pneumático de circuito fechado. Se a pressão de vapor for mantida constante e mais energia for adicionada, sua temperatura aumenta e o vapor saturado se torna vapor superaquecido (SHS). O material fibroso semi-seco pré-disperso pode ser alimentado diretamente após a agitação em ar para o fluxo de vapor de transporte superaquecido pressurizado por meio de uma válvula rotativa de pressão estanque, tampão rosqueado ou similar. O vapor de transporte é superaquecido indiretamente através de um permutador de calor tubular, por um meio de aquecimento. Normalmente, o tempo de permanência no sistema seco é de 5 a 60 segundos. Não há partículas de pó ou compostos voláteis expelidos para a atmosfera, nem qualquer pluma de vapor visível usando um sistema de vapor pressurizado fechado. Caso necessário, os possíveis voláteis da reação de produtos químicos com material fibroso podem ser facilmente manuseados ou tratados no condensado, onde são coletados por condensação do vapor gerado.

[00112] Um elemento chave deste método é a produção de materiais fibrosos semi-secos pré-dispersos que podem ser, nesta fase, facilmente dispersíveis por mistura em água ou em composições aquosas, ou em um ambiente de agitação em ar de alta velocidade. Tais materiais fibrosos semi- secos pré-dispersos são produzidos com sucesso em um processo de refinamento de disco de alta consistência ao reduzir a energia a um nível mínimo e amplamente abrir a lacuna de placa durante as passagens repetidas em refinador(es) usando um único refinador descontínuo ou em processo contínuo usando uma série de refinadores. Estas condições específicas permitiram a mistura simultânea adequada de polpa com produtos químicos e outros aditivos ao abrir, desembaraçar e fibrilar externamente fibras ou separar fibras já fibriladas. O material fibroso semi-seco pré-disperso é, adicionalmente, rapidamente disperso em linha por agitação em ar até níveis de secura desejáveis e formado em fardos comprimidos, tramas ou péletes de trama cortados em cubos. Quando a polpa é misturada no refinador com produtos químicos e/ou aditivos apropriados, então, tanto materiais fibrosos semi-secos e secos pré-dispersos se tornam bem dispersíveis e substancialmente livres de emaranhados de material fibroso em agitação em água ou composições aquosas. Além disso, com outros produtos químicos e/ou aditivos apropriados, os materiais fibrosos secos se tornam dispersíveis em meios hidrofóbicos e a composição final é livre de emaranhados de material fibroso. Na ausência de auxiliares químicos, o calor gerado pode causar alguma hornificação, secagem de fibrilas em fibras, encolhimento e enrolamento de fibras e fibrilas. No entanto, estas alterações físicas no material fibroso são substancialmente minimizadas ou eliminadas pela adição dos auxiliares químicos apropriados descritos anteriormente. Os auxiliares químicos têm aqui a tarefa de impedir a auto-colagem de fibras e fibrilas na evaporação de água durante o estágio de pré-dispersão e continuarão a fazer parte do material fibroso pré-disperso para impedir sua hornificação no armazenamento e na secagem.

[00113] O método atualmente descrito neste documento, é bem adequado para pré-dispersar fibras de polpa difíceis, especificamente as fibras fibriladas produzidas por um refinador de disco de alta consistência em altos níveis de alta energia específica pode ser convertido em materiais fibrosos semi-secos pré-dispersos contendo de 70 a 100% de fibras individualizadas e os emaranhados de material fibroso soltos restantes que podem ser dispersos nas composições de aplicação. Qualquer pasta de alta consistência de processo de cozimento kraft, sulfito, soda ou alcalino é adequada para processamento pelo presente método. Polpas de alta consistência adequadas também podem ser obtidas a partir de processos de formação de polpa mecânicos, tais como feixes de fibras MDF TMP e a polpa termomecânica (TMP) não branqueada ou branqueada mais desfibrada e a polpa quimiotermomecânica (CTMP). Fibras vegetais de comprimentos de 1 a 6 mm, tais como abacá, também podem ser pré-dispersas. Outras fibras vegetais pré-cortadas, incluindo linho, kenaf, cânhamo, juta, sisal, algodão ou materiais similares, também podem ser pré-dispersas. Como as fibras à base de madeira, as fibras vegetais também podem ser refinadas e subsequentemente utilizadas para prover fibras fibriladas de alta consistência para convertê-las em materiais fibrosos semi-secos pré-dispersos de acordo com o presente método. Fibras curtas sintéticas (tais como polietileno, polipropileno, poliéster, aramida, poliacrilonitrila, poliamida, álcool polivinílico, rayon, lyocell, vidro, carbono) também podem ser pré-dispersas no refinador juntamente com as fibras de lignocelulose acima ou suas fibras fibriladas. Fibras curtas sintéticas de altas temperaturas de fusão são mais preferenciais.

[00114] A Figura 1 ilustra um processo 100 para fabricar materiais fibrosos pré-dispersos ou dispersíveis de acordo com as modalidades descritas neste documento com as etapas de: alimentar fibras de polpa 1; processar a fibra de polpa pela mistura de abertura, fibrilação, separação e desembaraçamento, bem como adição química às fibras 2; e separação de ar adicional de material fibroso semi-seco e sua coleta em fardos ou transformação 4 em tramas comprimidas e péletes de trama cortados em cubos. A alimentação 1 do refinador é com qualquer tipo de polpa nas formas adequadas para processar pelo método descrito neste documento. O tipo de polpa pode ser qualquer um dentre as fibras de lignocelulose e celulose comuns e as suas fibras fibriladas, algumas fibras sintéticas aplicáveis e misturas das diferentes fibras de lignocelulose e fibras fibriladas ou quaisquer misturas de fibras de lignocelulose ou fibras fibriladas com fibras sintéticas apropriadas. Uma ou uma mistura de material fibroso de polpa de alta consistência é processada de forma simultânea para atingir a sua abertura, diluição ou tratamento químico, pré-dispersão, fibrilação e evaporação de umidade 2 utilizando um processo descontínuo ou um contínuo de um refinador de disco ou refinadores múltiplos. Os materiais fibrosos semi-secos pré-dispersos de saída 3 são, neste estágio, dispersíveis em água ou composições aquosas utilizando técnicas de desintegração comuns. Os materiais fibrosos semi-secos pré-dispersos 3 podem ser, adicionalmente, suavemente secos e fornecidos 4 na forma de fardos ou em super sacos. Quando o tratamento químico adequado está sendo usado durante o estágio de abertura, então, o material fibroso pré-disperso 3 pode ser dispersível em composições hidrofóbicas. A saída de material fibroso semi-seco pré-disperso 3 é adicionalmente processada, de forma descontínua ou em linha, usando técnicas de agitação em ar 4 a velocidades suficientes para adicionalmente separar fibras e soltar emaranhados e, posteriormente, transformá-las em fardos ou formá-las em camada de ar em tramas ou péletes de trama cortados em cubos utilizando técnica de secagem suave em fardos não-tecidos comprimidos, tramas ou péletes de trama cortados em cubos de níveis de secura desejáveis. Dependendo do tratamento químico e/ou dos aditivos funcionais utilizados, o material fibroso dos fardos, tramas ou péletes de trama 5 é dispersível em composições de ação mecânica (moagem) 6, de água e aquosas ou em composições hidrofóbicas, tais como resinas termofixas e polímeros termoplásticos. Após a moagem 6, pode haver completa separação de material fibroso e/ou redução de tamanho por ação mecânica em particulados dispersíveis secos 7.

[00115] A prática do presente método se baseia nos principais componentes ou blocos principais dos três processos 1, 2 e 4. Os esquemas dos processos são descritos abaixo:

[00116] A Figura 2 apresenta o esquema do processo 200 para misturar fibras de diferentes origens que podem ser fibras de madeira, fibras vegetais e suas fibras fibriladas ou fibras sintéticas, ou uma combinação das diferentes fibras. Assim, fabricando as fibras em misturas que são uniformemente distribuídas. Esta é uma etapa importante antes de qualquer pré-dispersão e/ou tratamento químico durante a pré-dispersão. As fibras de alimentação 23, 24 e 25 podem estar em qualquer forma e pré-diluídas ou diluídas no refinador de apenas 20% de sólidos e até 97% de sólidos. A consistência do material fibroso de saída do refinador é controlada a um ponto de ajuste predeterminado, utilizando um fluxo de líquido de diluição introduzido diretamente no refinador. O líquido de diluição preferencial é água 28, mas outros líquidos polares de composto orgânico volátil muito baixo (VOC) e alta temperatura de ebulição podem ser utilizados isoladamente ou em combinação com água.

[00117] Ao misturar fibras diferentes com densidade diferente; como ilustrado na Figura 2, a velocidade de alimentação de cada transportador 22, 23 e 26 é definida, respectivamente, para o ponto de ajuste exato, de modo a controlar com precisão a mistura desejada com densidade apropriada.

[00118] Esquema da Figura 2: Existem 10 blocos de processo nesta mistura de fibras/polpa a partir de madeira e não-madeira. O bloco 21, fibras ou polpa transportada para o refinador. A velocidade do transportador em rotação por minuto (RPM) (bloco 22) é controlada para um ponto de ajuste- alvo para atingir a mistura final desejada. A mesma descrição vale para os blocos 23, 24, 25 e 26. O bloco 27 é a adição química no olho do refinador. O líquido de diluição para controlar a consistência da linha de sopro do refinador a um alvo definido também é adicionado neste local, bloco 28. O bloco 29 é o refinador de disco termomecânico que pode ser um refinador atmosférico ou pressurizado. O bloco 210 é a polpa de linha de sopro ou produtos de fibras uniformemente misturados.

[00119] A Figura 3 apresenta o processo de múltiplas passagens descontínuo 300.

[00120] Esquema da Figura 3: Existem 6 blocos nesta figura. O bloco 31 é um tanque contendo uma polpa ou mistura de fibras de polpa a ser processada. A polpa pode ser processada em uma passagem ou várias passagens. A polpa de saída do refinador é enviada para o próximo estágio ou retornada para passar por outra passagem. Assim, uma ou várias passagens podem ser feitas até que as propriedades desejadas sejam atingidas. O material fibroso processado final está agora pronto para uso ou pode ser movido para um próximo estágio de conversão por processamento de agitação em ar e formação em fardos, tramas ou péletes de trama cortados em cubos. O líquido de diluição (bloco 32) é adicionado no olho do refinador, quando necessário, devido ao fato de que, às vezes, nenhuma diluição é feita quando o produto químico selecionado usado para tratamento não é à base de água. Produtos químicos, bloco 33, também são adicionados no olho do refinador. A alimentação do refinador durante n passagens, bloco 34. O bloco 35 é o refinador de disco termomecânico de alta consistência, que pode ser um refinador atmosférico ou pressurizado. O produto de saída do produto de fibra misturada uniforme é o bloco 36.

[00121] A Figura 4 é um processo de múltiplas passagens contínuo 400.

[00122] O esquema do processo 400 é ilustrado na Figura 4: Existem pelo menos 11 blocos de processo apresentados nesta figura (quando 3 estágios de processo são utilizados), no entanto, a Figura 4 representa mais de três estágios, isto é, n estágios (401, 402, 40n). O bloco 41 é a polpa de alimentação para o refinador 44 do estágio 401. O bloco 42 é a adição de água para controlar a consistência de saída do refinador de acordo com um alvo de ponto de ajuste. No Bloco 43, um primeiro produto químico é adicionado no olho do refinador 42. Um segundo produto químico e água são adicionados nos blocos 45 e 46, respectivamente, no refinador 47 do estágio 402 e, a qualquer enésimo estágio subsequente 40n, adiciona-se água e produtos químicos, blocos 48 e 49, respectivamente, do refinador 410. Todos os produtos químicos são adicionados no olho dos refinadores 44, 47 e 410 de acordo com uma sequência estabelecida de adição química. O produto de fibra de saída 411 deixa o refinador 410.

[00123] O refinamento de alta consistência é normalmente acoplado à aplicação de alta energia e visa o desenvolvimento de fibras por mecanismos de fibrilação externa e interna, que resultam em um aumento significativo da área superficial da fibra em corte de fibra significativamente baixo e um aumento da densidade de polpa. Quando o objetivo de refinamento de alta consistência é desenvolver fibras, a energia específica aplicada é maior do que 800 kWh/t por passagem e o espaço entre as placas de refinador, lacuna, é reduzido, muito estreito ou apertado, até a lacuna de 0,5 mm entre as placas de refinador de acordo com o alarme definido para proteção de placas. Isso resultaria na redução do volume da zona de refinamento. A polpa que sai do refinador é composta principalmente por fibras emaranhadas comprimidas. Isso é ilustrado na Figura 5 e na Figura 6.

[00124] A abordagem, divulgada aqui, baseia-se em refinamento de múltiplas passagens de determinadas fibras de polpa. Cada passagem de refinamento está em alta consistência variando entre 20% e 97%. A energia específica aplicada por passagem é baixa e varia entre 50 kWh/t e 300 kWh/t por passagem apenas. Nestas condições, a abertura de lacuna é muito ampla (condição de baixa energia). Ela pode variar entre 1,2 mm e 3,5 mm, dependendo do tipo do refinador industrial sendo utilizado e sua capacidade, a densidade da polpa e as condições da placa. Para a capacidade principalmente muito baixa do pequeno refinador, a abertura de lacuna variaria entre 0,5 mm e 1,2 mm. Devido à baixa produção, a abertura de lacuna, para sua produção normal, pode ser apenas 0,1 mm para permitir e aplicar energia significativa para desenvolver fibras. Por exemplo, quando um grande refinador, de alta capacidade, é utilizado nas condições de alta consistência e baixa energia específica aplicada, o volume da zona de refinamento é gasto. Isso permite um grande espaço onde feixes ou agregados de polpa são explodidos em fibras separadas ou pré-dispersas e emaranhados soltos e, simultaneamente, os produtos químicos adicionados atingirão a maioria das superfícies fibrosas em questão de poucos segundos, o que equivale ao tempo de permanência no refinador. A perfeita mistura homogênea de produtos químicos nas fibras pode ser vista na Figura 7. A Figura 7A é a alimentação de flocos BCTMP de madeira macia para o refinador. A Figura 7B mostra as fibras semi-secas pré- dispersas do poço de saída, onde as suas cores são transformadas em verde- claro, causadas pelo produto químico introduzido durante um estágio de abertura dos flocos de polpa. A Figura 7C mostra a polpa dispersa seca ao ar da Figura 7B. Esta polpa seca tem zero emaranhados ou nós residuais.

[00125] No método descrito neste documento, o refinador de alta consistência é operado na lacuna amplamente aberta e, assim, a energia aplicada é pré-calculada para separar principalmente as fibras ou desembaraçá-las e simultaneamente evaporar a água, como será mostrado aqui. Em tais condições, o cisalhamento criado nas fibras no refinador causa a fibrilação externa de fibras não refinadas e ajuda a liberar ou levantar fibrilas das fibras altamente refinadas anteriormente.

[00126] A vantagem deste novo método de processamento é que, a abertura/pré-dispersão em refinador de disco pode ser feito sem alterar significativamente as propriedades iniciais da fibra de polpa ou intencionalmente alterá-las ao criar novas propriedades, a saber, fibrilação e enrolamento externos. Em tal operação, ao contrário da operação normal de alta consistência, refinamento de alta energia de polpa, a lacuna entre os discos rotativos é bem aberta. A lacuna é inversamente proporcional à energia específica aplicada a uma taxa de produção constante. Além disso, o comprimento da fibra está positivamente correlacionado à lacuna da placa. Isso significa que a aplicação de alta energia resultaria no fechamento da lacuna e fechá-la resultaria em alto desenvolvimento de fibra e encurtamento da fibra. Uma lacuna aberta, que é o nosso caso aqui, promove principalmente a abertura e dispersão de fibras ou liberação de fibrilas de fibras fibriladas e cria alguma fibrilação externa com nenhum ou mínimo encurtamento de fibra. Nos exemplos 2 e 3, mostramos fibra de polpa de madeira macia branqueada (BSWK) de alta liberdade, antes e depois da sua pré-dispersão no refinador. A polpa que sai do refinador de suas fibras é pré-dispersa - isso é ilustrado na foto da Figura 10, onde podemos ver claramente o aumento no volume da polpa de saída. Em uma operação normal de refinamento de alta consistência, o volume de volume de polpa diminui devido a um aumento em sua densidade. As imagens de microscopia da Figura 11 (mesmas amostras da Figura 10). Pode-se observar que, na pré-dispersão, o comprimento de fibra da polpa inicial é preservado e é circundado por minúsculas nuvens representando fibrilas ligadas devido a alguma fibrilação externa.

[00127] Verificamos que, com nanofilamentos de celulose de alta energia (altamente refinados) produzidos de acordo com o método da patente CA2824191 A e outras fibras fibriladas produzidas em níveis de energia inferiores, sua pré-dispersão e evaporação de água nas condições operacionais suaves do refinador podem ser atingidas simultaneamente, mesmo depois de 2-3 passagens. As fibras no interior do refinador estão submetidas à tensão mínima à medida que a água é lentamente evaporada. Quando o espaço vazio deixado entre a fibra e suas fibrilas na evaporação de água está sendo substituído por uma porção de um auxiliar químico injetado à polpa no refinador, o efeito sobre a hornificação, encolhimento e auto-colagem de material fibroso foi impedido. Este ambiente também provê a mistura perfeita de produtos químicos reativos ou aditivos com material fibroso de polpa durante a operação de pré-dispersão. Verificamos também que o material fibroso semi-seco pré-disperso produzido pode ser ainda melhorado quando a fibra de saída pré-dispersa é agitada em fluxo de ar de alta velocidade, à medida que esta etapa permite secagem suave adicional e formação de material fibroso em fardos comprimidos, mantas ou péletes cortados em cubos. Os péletes cortados em cubos são produzidos com cortes especiais de mantas comprimidas.

[00128] O mecanismo para aumentar a consistência da polpa, ao pré- dispersá-la pela aplicação de um nível mínimo de energia, baseia-se na seguinte expressão curta que prevê a consistência de linha de sopro de um refinador de disco termomecânico desenvolvido inicialmente no artigo "Predicting the performance of a chip refiner. A constitutive approach", de K. Miles et al., J. Pulp Paper Sci., 19(6): J268-J274, 1993.

onde □ é o calor latente na entrada do refinador aproximado a um □=2258 kJ.kg-1, prod é a taxa de produção de polpa em T/D, mld é a carga do motor em MW, diluições é a soma de todas as diluições adicionadas em I/m incluindo produtos químicos líquidos a uma determinada concentração de acordo com o tratamento químico desejado e, Ci é a consistência de polpa que entra no refinador.

[00129] Um fato importante sobre esta equação é que, diluições = água e/ou solução química. Essa equação mostra que, para uma determinada polpa a uma determinada consistência, ela poderia ser tratada para se manter na mesma consistência ao evaporar sua água e substituindo-a pelo produto químico líquido correto, tornando a nova polpa úmida e quase nunca seca como ponto de ebulição desses produtos químicos selecionados são muito altos em comparação à temperatura de ebulição da água.

[00130] Tomando a derivada de C0 na equação (2) em relação a Ci leva a:

[00131] Esta última equação mostra que a consistência de linha de sopro aumentará quase exponencialmente se a consistência de entrada aumentar. Isto pode ser conseguido através das múltiplas passagens da mesma polpa através do mesmo refinador ou através de múltiplos refinadores montados em série em uma energia mínima por estágio, como será ilustrado a seguir. No caso de diluições de alimentação definidas em seu valor mínimo, apenas o suficiente para impedir o tamponamento. A mínima água adicionada é referida por dilmin e se o objetivo do refinamento é apenas aumentar a consistência de linha de sopro, que resultaria na evaporação de água da polpa, então a condição na energia específica para uma determinada taxa de produção seria essa

[00132] Isso levaria à seguinte condição na energia mínima, spemin necessária para aumentar a consistência de linha de sopro após cada passagem

[00133] Onde energia específica em kWh/T é fornecida por,

[00134] O benefício de aplicar energia mínima na lacuna de placa amplamente aberta é dispersar a polpa aglomerada de alta consistência tornando seu material fibroso separado, desembaraçado ou solto. Os auxiliares químicos nas superfícies fibrosas impedirão ainda que as fibras e suas fibras colapsem e colem umas às outras durante a evaporação de água. Isto é atingido devido ao fato de que em baixa energia, a lacuna de refinador é mais ampla, porque a uma taxa de produção constante, a lacuna é inversamente proporcional à energia específica (spe). Considerando o tempo de permanência muito curto em uma lacuna de placa maior, não há risco de corte de fibra ou queima de fibra no interior do refinador, especialmente em níveis de consistência muito alta. Como mencionado anteriormente, a abertura de lacuna está correlacionada positivamente com o comprimento de fibra.

[00135] De acordo com o presente método, as três variáveis de refinador termomecânicas; abertura de lacuna, consistência de linha de sopro de saída e a energia específica constituem um modelo tridimensional ilustrado a seguir na Figura 8. Pode-se observar que estes três parâmetros podem ser definidos para o desenvolvimento de fibras, tais como no refinamento de alta consistência e alta energia tradicional de fibras ou ajustados para produzir fibras individualizadas semi-secas pré-dispersas. Estes podem ser ajustados para misturar adequadamente fibras com produtos químicos para adicionalmente melhorar a pré-dispersão e individualização de fibras semi-secas e desenvolvê-las com propriedades físicas e/ou químicas adaptadas para várias aplicações específicas.

[00136] Em refinadores termomecânicos atmosféricos de alta consistência, quando as superfícies das fibras se esfregam umas nas outras, a energia friccional dissipada se transforma em calor (energia termocinética) e a temperatura de polpa pode subir da temperatura ambiente até 100 °C ou mais em questão de segundos. O calor difundido no volume das fibras transforma a água nas fibras em vapor e, por fim, evapora rapidamente. Na alta consistência convencional, o refinamento de alta energia da diluição de água de fibras TMP ou SWK é usado para manter a consistência da polpa no interior do refinador e após a descarga em níveis similares àquela dos sólidos de polpa de entrada de alimentação, tais como 30% de sólidos. Na ausência de diluição de água, o calor friccional gerado causará rapidamente a desidratação da polpa e sua consistência aumentará até um certo nível, como foi descrito anteriormente. A prática para atingir material fibroso pré-disperso de consistência muito alta a cerca de 70% a partir de polpas iniciais de 30 a 60% de sólidos, a saber, TMP ou BCTMP, é possível e pode ser desejável para a finalidade do presente método. No entanto, a prática para atingir material fibroso pré-disperso de consistência muito alta a cerca de 70% do processamento de fibras SWK nas consistências iniciais de 20 a 45%, preferencialmente de 30 a 40%, é menos desejável para a finalidade do presente método, uma vez que vários refinadores serão necessários. Além disso, a hornificação severa e o enrolamento de material fibroso kraft e a geração potencial das partículas finas ou pó podem ocorrer. No entanto, para algumas aplicações é desejável produzir fibras enroladas ou torcidas pré- dispersas de reticulado de natureza hidrofóbica e isto pode ser atingido por processamento na presença de produtos químicos desejáveis que foram previamente refinados à alta consistência para conferir ondulações e microcompressões. A criação de fibras enroladas tem sido relatada na literatura como sendo incidentalmente criada por dispositivos como alimentadores de tampão rosqueado, prensas de parafuso, FROTAPULPER™, bombas e misturadores de alta consistência e extrusora de parafuso duplo (Jessica C. Sjoberg e Hans Hoglund, Nordic Pulp and Paper Research Journal Vol 22 n.° 1/2007). Os rolos e microcompressões transmitidos proverão, assim, fibras de polpa com resistência reduzida, mas com maior volume, rasgo e expansão.

[00137] Além disso, para outras aplicações, é possível evitar a hornificação de material fibroso e reduzir o enrolamento durante a operação de pré-dispersão ao utilizar auxiliares químicos. Estes são conseguidos quando um pouco da quantidade esperada de água a ser evaporada das fibras de polpa é substituída por um produto químico não evaporante e/ou uso de um agente tensoativo. Para ser eficiente, as moléculas do produto químico selecionado devem molhar ou interagir com os grupos hidroxila da fibra. Por algumas razões práticas, o produto químico selecionado pode ser preferencialmente misturado com polpa em um estágio anterior à operação de pré-dispersão, mas a melhor opção é injetar o produto químico diretamente no refinador, onde ocorre a mistura imediata e homogênea. Os produtos químicos preferenciais devem ter a capacidade de molhar, absorver e/ou se ligar a fibras de polpa e termicamente estáveis sob o calor friccional gerado no refinador. Como descrito acima, muitos produtos químicos ou aditivos podem ser misturados com material fibroso de polpa úmida durante a operação de pré- dispersão no refinador, a fim de criar novas funcionalidades adaptadas para as aplicações específicas do material fibroso final.

EXEMPLOS

[00138] A seguinte série de exemplos descreverá a aplicação do presente método ao ilustrar materiais fibrosos processados por ele.

[00139] Exemplo 1: Para ilustrar a abordagem de refinador de aumentar a consistência ao pré-dispersar, e separar e desembaraçar os materiais fibrosos, utilizaram-se três polpas úmidas de alta consistência como exemplos. Os experimentos foram realizados no refinador de disco duplo Bauer 400 atmosférico. Uma fibra de polpa kraft comercial seca de 621 ml de CSF, que tem 29% de sólidos, é passada várias vezes em um refinador de disco atmosférico onde, para cada passagem, aplica-se uma energia específica constante à fibra de polpa e água de diluição de água zero foi adicionada ao refinador. ("CSF significa Canadian Standard Freeness (Liberdade de Padrão Canadense), que é determinada de acordo com o Padrão TAPPI T 227 M-94 (Método Padrão Canadense)". O mesmo tipo de experimento foi repetido com um kraft de madeira macia branqueada pré-refinada no refinador atmosférico acima para dois níveis de energia elevados: HRC1 refinado a 8.221 kWh/t e 33,7% de sólidos, e HCR2 refinado a 12.000 kWh/t e 31,9% de sólidos. Os valores de CSF de ambas as polpas eram próximos de 0 mL. A Figura 9 mostra a consistência da saída do refinador prevista versus a consistência medida de amostras causada pelo aumento do número de passagens de pré- dispersão no mesmo refinador atmosférico. Pode-se observar que a consistência de polpa de saída das três polpas aumentou com o número de passagens, conforme previsto pela modelagem. Para cada uma das três polpas, a pré-dispersão (várias passagens a baixa energia e lacuna aberta) foi feita como uma operação descontínua usando um refinador. Em uma operação contínua, a mesma pré-dispersão pode ser feita utilizando 2, 3 ou mais refinadores colocados em série.

[00140] Exemplo 2: As fotos a seguir da Figura 10 correspondem à polpa kraft de madeira macia branqueada (621 mL de CSF) do exemplo 1. A foto A corresponde à polpa úmida inicial (29% de sólidos), foto B depois de pré-dispersá-la no refinador de 4 passagens (polpa semi-seca) sob a condição específica do presente método, e a foto C depois da secagem ao ar da amostra de foto B para 92% de consistência. Este exemplo demonstra claramente que a polpa kraft aglomerada úmida passada no refinador de abertura se transforma em polpas semi-secas e secas pré-dispersas, onde as fibras são amplamente separadas, mas também contêm uma pequena quantidade de fibras emaranhadas. O nível de fibras emaranhadas ou nós na polpa pré- dispersa depende dos sólidos % iniciais ou de entrada de polpa (em peso) e a consistência de saída final, bem como o nível de energia usado durante cada pré-dispersão de passagem. Por exemplo, uma entrada de polpa kraft de madeira macia com sólidos % na faixa de 60% a 85% tenderá a transformar- se facilmente em fibras pré-dispersas com alto nível de fibras separadas em níveis mínimos de nó, mesmo com uma a duas passagens nos níveis de energia mais baixos. Entretanto, a pré-dispersão do refinador de polpa kraft de madeira macia com consistências na faixa de 20% a 60% tenderá a transformá-las em fibras fibriladas mais externamente com potencial de enrolamento de material fibroso e criação de emaranhado solto. Portanto, para essa faixa de consistência e dependendo dos requisitos de uso final da polpa kraft de madeira macia pré-dispersa, 2 a 4 passagens podem ser necessárias para separar o material fibroso e eliminar emaranhados a níveis de energia levemente superiores comparados às polpas kraft na faixa de alta consistência. As fibras kraft de madeira macia pré-dispersas podem ser entregues em formas semi-secas ou secas ou às consistências desejáveis para utilização adequada em várias aplicações, a saber, para fabricar mantas não-tecidas absorventes, reforço de papel e produtos de tecido, compósitos termoplásticos e compósitos termofixos.

[00141] Exemplo 3: As seguintes imagens de microscopia da Figura 11 são da polpa kraft de madeira macia branqueada do exemplo 2, antes e depois da pré-dispersão no refinador. As amostras foram misturadas com água deionizada a 1,2% de sólidos, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 10 minutos. A imagem A corresponde à polpa úmida inicial (29% de sólidos), as imagens B e C são de depois de pré- dispersá-las no refinador de 1 passagem (33% de sólidos) e 3 passagens (39% de sólidos) sob a condição específica do presente método. Este exemplo demonstra claramente que, ao aumentar o número de passes no refinador, as fibras semi-secas pré-dispersas de saída são facilmente dispersíveis em água e livres de emaranhados fibrosos. A Figura 12 apresenta as frações de material fibroso (T233 cm82) de Baeur McNett (B-M) das mesmas amostras da Figura 11. Detalhes a respeito deste método de fracionamento de fibras podem ser encontrados no Journal of Pulp and Paper Science (VOL. 27 NO. 12 de dezembro de 2001). Claramente, ao pré-dispersar, evaporação de água e alguma fibrilação externa e enrolamento de fibras foram atingidos (B, C), a fibra longa de frações de peso B-M era apenas ligeiramente diferente da amostra de controle. Isto é provavelmente devido a uma combinação de corte mínimo de fibras. Isto significa que, em alguma consistência, a pré-dispersão em energia específica mínima é um meio eficiente para atingir alguma fibrilação externa sem cortar o comprimento de fibras principais, conforme indicado na imagem de microscopia C.

[00142] Exemplo 4: A Tabela 1 abaixo apresenta o valor de retenção de água (WRV) [Método Útil UM 256 (2011)] e propriedades físicas de folhas feitas de amostras de polpa kraft de madeira macia branqueada do exemplo 2 antes e depois de várias passagens (cada passagem usou 280 kWh/t) no refinador. Cada amostra foi misturada com água deionizada para uma consistência de 1,2%, então, desintegrada no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 10 minutos. As folhas foram feitas em uma máquina de fabricação de folhas britânica (T205 om-88). À medida que a consistência aumentava com o número de passagens de P1 a P3, houve uma diminuição gradual na liberdade de polpa pré-dispersa e uma tendência similar de aumento gradual no WRV. Então, a liberdade começou a aumentar e o WRV a diminuir de P4 para P5 para P6 à medida que a consistência aumentou ainda mais. Todas as outras propriedades de resistência à tensão, volume e porosidade tendem a se correlacionar bem com as mudanças na liberdade e no valor de retenção de água. Isto significa que, ao otimizar a técnica de refinamento de alta consistência em níveis de energia específicos mínimos e lacuna amplamente aberta, torna-se possível produzir, de forma eficiente, material fibroso semi-seco pré-disperso de forma externamente fibrilada sem alterar significativamente o comprimento da fibra e, assim, atingir folhas com alta tensão, alongamento e absorção de energia de tensão, sem prejudicar significativamente o volume.

Tabela 1: Teor de sólidos, CSF, WRV e propriedades físicas de folhas feitas a partir de amostras de polpa kraft de madeira macia desintegrada antes e depois da pré-dispersão no refinador.

[00143] Exemplo 5: A Tabela 2 abaixo apresenta a consistência, a liberdade, o WRV e as propriedades físicas de folhas feitas a partir de amostras de polpa kraft comercial de madeira macia branqueada antes e depois de três passagens de pré-dispersão no refinador. Este exemplo é similar ao exemplo 4, exceto que a polpa era de outra fonte e sua partida era de 39% de sólidos, e a energia média utilizada para cada passagem no refinador para pré-dispersão era de 120 kWh/t. As amostras de polpa foram misturadas com água deionizada à consistência de 1,2%, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 10 minutos. Em comparação à amostra controle, a desintegração de amostras pré-dispersas foi excelente para P1, P2 e P3. À medida que a consistência aumentava com o número de passagens de P1 a P3, houve uma diminuição inicial gradual na liberdade. Então, a liberdade aumentou ligeiramente e o WRV diminuiu para P2 e P3, à medida que a consistência da polpa pré-dispersa aumentou ainda mais. Quando o P3 foi adicionalmente desintegrado no liquidificador Waring™ (Waring™ Pro MX1000R, motor 120VAC de 13 amp., velocidade máxima sem carga de até 30.000 rpm) por um minuto, as propriedades melhoraram devido à melhor hidratação e dispersão de fibras. Todas as outras propriedades de resistência à tensão, volume e porosidade tendem a se correlacionar bem com as mudanças na liberdade e no valor de retenção de água. As frações de fibra de Baeur McNett das amostras semi-secas pré- dispersas desintegradas de polpa de controle P0 e P1, P2 e P3 são apresentadas na Figura 13. Estes resultados são bastante semelhantes aos relatados no exemplo 4.

Tabela 2: Teor de sólidos, CSF, WRV e propriedades físicas de folhas feitas a partir de amostras de polpa kraft de madeira macia desintegrada antes e depois da pré-dispersão no refinador.

[00144] Exemplo 6: A Figura 14 apresenta o efeito de % de sólidos de polpa inicial na consistência de material fibroso pré-disperso final após uma passagem em um secador instantâneo piloto comumente utilizado para secar fibras termomecânicas de MDF. As amostras de polpa iniciais P0, P2 e P3 da polpa kraft de madeira macia branqueada (BSWK) são as mesmas que aquelas da tabela 2 do exemplo 5. A temperatura de aquecimento operacional deste secador instantâneo (taxa de produção de 40 kg/h de fibra OD) é normalmente cerca de 90 °C a 120 °C e a temperatura de fibra de saída é cerca de 90 °C. O tempo de permanência para uma passagem da fibra no tubo de secagem é cerca de 2,5 segundos. No entanto, outros alvos de umidade para uma passagem podem ser atingidos ao ajustar a temperatura de aquecimento. Para o nosso experimento, utilizamos dois conjuntos de temperaturas de funcionamento de 120 °C e 160 °C. Os dados de ensaio mostram claramente que a pré pré-dispersão de fibra BSKW no refinador de disco para consistências superiores é uma maneira eficiente de secá-la mais rapidamente. Este resultado também significa que um nível de energia usado para pré-dispersar as fibras de polpa para altas consistências será compensado pela menor energia utilizada para secar a polpa no secador instantâneo em uma passagem.

[00145] As amostras de polpa (P0, P2 e P3) antes e depois da sua secagem de uma passagem a 160 °C foram misturadas com água deionizada à consistência de 1,2%, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 5 minutos. As pastas de polpa foram, então, utilizadas para fazer folhas de 60 g/m2. As propriedades da folha na Tabela 3 mostram que à medida que a consistência é aumentada por uma passagem de secagem instantânea houve uma pequena queda na liberdade em comparação às amostras de controle. Na secagem instantânea, houve alguma perda nas propriedades de resistência e um aumento no volume quando comparado às amostras semi-secas de controle. A alta perda nas propriedades de resistência foi medida com as amostras mais semi-secas. Este resultado sugere que secar fibras fibriladas pode ser prejudicial à resistência do papel de resistência devido à hornificação de material fibroso. Com base nos resultados da Tabela 2 do exemplo 5, a perda nas propriedades de resistência na secagem instantânea vista na Tabela 3 pode ser recuperada ao aplicar mais cisalhamento durante a desintegração em água.

Tabela 3: Teor de sólidos da polpa, liberdade de padrão canadense (CSF) e propriedades da folha de amostras BSWK antes e depois de secagem de uma passagem em um secador instantâneo piloto em duas temperaturas ajustadas de 120 e 160 graus C.

[00146] Exemplo 7: A Tabela 4 abaixo apresenta a consistência, a liberdade e as propriedades físicas de folhas feitas a partir de amostras de polpa kraft comercial de madeira macia branqueada antes e depois de cinco passagens de pré-dispersão no refinador. Este exemplo é similar aos exemplos 4 e 5, exceto que a polpa kraft era de outra fonte e foi pré-dispersa à consistência inicial de 50%. A energia média usada para cada passagem no refinador estava na faixa de 80 a 90 kWh/t. As folhas de dobra seca de kraft foram primeiramente trituradas em pedaços de 4 a 20 cm2, então, introduzidas no refinador e foi utilizada uma quantidade medida de água de diluição na primeira passagem de abertura para atingir cerca de 50% de sólidos. À medida que o número de passagens no refinador aumentou, o teor de sólidos das amostras de saída aumentou. As polpas semi-secas pré-dispersas contêm fibras principalmente separadas e o número de fibras entrelaçadas diminuiu à medida que o número de passagens aumentou. As amostras de polpa foram misturadas com água deionizada a 1,2% de consistência, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 10 minutos. A amostra 0P corresponde aos pedaços de folha kraft triturados originais, e as amostras de 1P a 5P são de depois de pré-dispersar o 0P no refinador de 1 a 5 passagens sob a condição específica do presente método. Todas as amostras desintegraram bem em água e estavam livres de emaranhados. À medida que a consistência aumentava com o número de passagens de 1P a 5P, houve uma pequena diminuição na liberdade, mas após 3P a liberdade tendeu a aumentar ligeiramente. As amostras dispersas em água foram usadas para fazer amostras de papel. Todas as propriedades da folha, tais como resistência à ligação, resistência à tensão, resistência à ruptura, porosidade, tendem a se correlacionar bem com as mudanças no volume da folha causadas pelo desenvolvimento de polpa e evaporação de água no refinador. As mudanças nos valores de Baeur-McNett das amostras desintegradas em água de 0P a 5P foram apenas ligeiramente diferentes daquelas dos exemplos 4 e 5, onde a consistência de entrada das polpas era de 29 e 39%; neste exemplo, a consistência de entrada era de 50%.

Tabela 4: Teor de sólidos, CSF, WRV e propriedades físicas de folhas feitas a partir de amostras de polpa kraft de madeira macia desintegrada antes e depois da pré-dispersão no refinador.

[00147] Exemplo 8: As seguintes fotos da Figura 15 mostram amostras de uma polpa kraft de madeira macia de alta consistência pré-refinada de polpa refinada HCR1 (A) (8.221 kWh/t) e depois de deixá-la secar ao ar (B). Este exemplo demonstra claramente que na evaporação da água por simples secagem ao ar, sem qualquer pré-dispersão no refinador, a polpa se transformou em material aglomerado sólido denso (B) onde o material fibroso é colapsado e auto-colado entre si e, portanto, é muito difícil de desintegrar em água utilizando desintegradores padrão. Elas podem, no entanto, ser desintegradas com dificuldade ao mergulhá-las em água quente e/ou ao aumentar o pH para alcalino e utilizar misturadores de alto cisalhamento ou refinadores de baixa a média consistência, mas a pasta de polpa ainda pode conter material fibroso emaranhado. A amostra que nunca foi seca (A) pode ser desintegrada em água usando o desintegrador de laboratório britânico padrão (T205sp-95), mas a pasta de polpa também conterá emaranhados. Alguma energia adicional, tal como a utilização de equipamento de mistura de alto cisalhamento ou refinadores de baixa consistência, é, portanto, necessária para romper alguns dos grandes nós e atingir o desempenho total nas aplicações pretendidas.

[00148] Exemplo 9: Uma polpa BSWK foi refinada nas múltiplas passagens de HCR para níveis de energia totais de: (A) 1.844 kWh/t, (B) 5.522 kWh/t e (C) 11.056 kWh/t. O teor de sólidos equivalente das amostras de saída foi de 29%, 30% e 27%. Cada uma das três amostras foi dividida em várias amostras de 48 g e armazenadas em sacos plásticos vedados à temperatura ambiente (RT) por diferentes períodos de envelhecimento de no máximo 4 dias. O teor de sólidos das amostras envelhecidas foi mantido constante devido à colocação das amostras frescas em sacos de plástico estanques. Após os tempos de envelhecimento desejados, as amostras foram desintegradas no desintegrador britânico padrão para (1,2% Cs, 10 min). As polpas desintegradas foram usadas para fazer amostras de papel nas mesmas condições. A Figura 16 mostra que a resistência à tensão das folhas diminuiu quase linearmente, à medida que as amostras envelheceram ao longo do tempo, apesar do carro, foi tomada para evitar a evaporação da água durante o seu armazenamento. Após 4 dias de envelhecimento, a perda em tensão variou entre 25 e 30%, quase independentemente do nível de energia de refinamento. Outras amostras logo após sua saída do refinador (um período de menos de 15 minutos) também foram desintegradas no desintegrador britânico (1,2% Cs, 10 minutos). As amostras foram divididas em duas porções, uma foi imediatamente usada para fazer amostras de folhas e a outra foi espessada para cerca de 20% de sólidos, então, deixada para envelhecer em sacos plásticos vedados por 58 dias. Após este período, as polpas foram re-desintegradas novamente (1,2% Cs, 10 minutos) e utilizadas para fazer amostras de papel. A resistência à tensão das amostras desintegradas rapidamente e aquelas amostras desintegradas espessadas e envelhecidas têm praticamente os mesmos valores. Assim, uma desintegração imediata da alta consistência, polpas kraft refinadas de alta energia podem eliminar o efeito negativo do envelhecimento, desde que a polpa desintegrada seja mantida em baixa consistência, espessada a qualquer consistência ou transformada em folhas. Este fenômeno é similar à remoção de latência bem conhecida praticada ao produzir TMP termomecânica refinada de alta consistência. A rápida diluição da TMP refinada e a mistura em um tanque de latência são sempre necessárias para alisar as fibras para aumentar a resistência do papel. Estes resultados sugerem que a polpa kraft de madeira macia de alta consistência, refinada a qualquer nível de energia, se envelhecida, perderá valor significativo do seu potencial de reforço. Este valor de reforço pode ser recuperado por uma dispersão adicional sob alto cisalhamento por um período de tempo, tal como no refinador de baixa consistência.

[00149] Exemplo 9: Este exemplo é uma continuação do exemplo 8. Após 14 dias de envelhecimento de amostras de HCR (A 1.844 kWh/t, B 5.522 kWh/t e C 11.056 kWh/t) em sacos plásticos vedados à temperatura ambiente, sem alterações nas suas consistências iniciais (29%, 30%, 27%), cada uma delas foi seca ao ar até 50% e 90% de teor de sólidos. As amostras secas ao ar foram então desintegradas no desintegrador britânico padrão para (1,2% Cs, 10 min) e foram produzidas amostras de folhas para testes. O efeito de amostras de secagem ao ar resultou em mudanças substanciais nas propriedades da polpa e da folha. O material fibroso de polpa se transformou em material muito sólido muito difícil de dispersar adequadamente em água sob as condições de desintegração padrão e, como consequência, as folhas se tornaram mais fracas e mais volumosas (Tabela 5). As pastas de amostras secas ao ar desintegradas têm um grande número de agregados de material fibroso emaranhado, especialmente com amostras refinadas de alta energia B e C. A alteração na resistência à tensão das três amostras de nível de energia é ilustrada na Figura 17. O envelhecimento das amostras por 14 dias, sem perda de umidade, causou uma redução na resistência à tensão, mas ao secá-las ao ar a 50% e 90% de consistência, a perda de resistência à tensão foi mais severa. A perda foi mais dramática para a amostra refinada de alta energia C. Por exemplo, as amostras de secagem ao ar A, B e C a 90% de sólidos causaram uma redução na resistência à tensão em 34%, 47% e 72% ao comparar a suas resistências à tensão inicial medidas após 15 minutos de envelhecimento da polpa apenas. Como será mostrado nos próximos exemplos, este impacto negativo da secagem de polpas altamente refinadas pode ser resolvido ao combinar a imersão em água quente e a mistura de alto cisalhamento de polpas secas ou ao impedi-las de usar auxiliares químicos selecionados introduzidos nas polpas iniciais antes de sua secagem.

Tabela 5: Alterações nas propriedades de folha de folhas feitas a partir de polpas kraft de madeira macia refinadas de alta densidade desintegradas envelhecidas por 14 dias e secas ao ar para 50 e 90% de teor de sólidos.

[00150] Exemplo 10: As seguintes fotos da Figura 18 mostram HCR1 kraft de madeira macia refinada de alta energia (8.221 kWh/t), uma vez que é descarregada do refinador de escala piloto a 32% de consistência, e depois de pré-dispersá-la no mesmo refinador de três passagens sob as condições específicas do método descrito neste documento, e após secagem ao ar da amostra pré-dispersa. A foto A corresponde à amostra úmida de descarga original, a foto B representa a amostra semi-seca pré-dispersa no refinador de disco e a foto C é aquela após secagem ao ar da amostra pré-dispersa da foto B. Este exemplo demonstra claramente que na evaporação de água durante a pré-dispersão no refinador, a polpa de alta energia se transformará em material semi-seco, onde o material fibroso é, na sua maioria, desembaraçado e separado um do outro.

[00151] Exemplo 11: As seguintes imagens de microscopia óptica da Figura 19 correspondem à polpa refinada de alta energia HCR1 (8.221 kWh/t), uma vez que é descarregada do refinador de disco de escala piloto e, após pré-dispersá-la no mesmo refinador de diferentes passagens sob as condições específicas do presente método. Antes de obter as imagens, as amostras (P0 a P5) foram primeiro misturadas com água deionizada à consistência de 1,2%, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 10 minutos. As imagens de microscópio foram tomadas depois que as amostras foram adicionalmente diluídas à consistência de 0,05% e secas em placas de vidro. A imagem P0 corresponde à amostra de alta energia úmida original antes de qualquer pré-dispersão; as imagens de P1 a P5 correspondem ao número de passagens de pré-dispersão de 1 a 5. Este exemplo demonstra claramente que, na evaporação da água durante a pré- dispersão à medida que o número de passagens aumenta de 1 para 4, a desintegração de polpa em água melhorou, no entanto, após P4, as amostras desintegradas começam a mostrar algumas redes fibrosas como visto a partir de imagens P5.

[00152] Exemplo 12: As seguintes imagens de microscopia ópticas da Figura 20 correspondem à amostra de polpa de alta energia HCR1 (8.221 kWh/t), à medida que é descarregada do refinador de disco de escala piloto, então, a água desintegrada e a amostra semi-seca depois de pré-dispersão de seis passagens no refinador, então, a água desintegrada. As imagens A e B correspondem à amostra original antes de qualquer pré-dispersão e após pré- dispersão de 6 passagens no refinador, respectivamente, considerando que C corresponde a P6 depois de ser adicionalmente desintegrada em água por 5 minutos em um liquidificador Waring (Waring Pro MX1000R, motor 120VAC de 13-amp, velocidade máxima sem carga de até 30.000 rpm). A amostra B (P6) desintegrada mostra redes de elementos fibrosos. No entanto, ao aplicar algum cisalhamento adicional para desintegrar a amostra B (P6) (misturando no liquidificador Waring por 5 min) os elementos fibrosos de rede foram separados e alisados como visto na imagem C. A Figura 21 apresenta o percentual em peso das diferentes frações de tamanho de fibra de amostras A, B e C, conforme determinadas pelo método de Baeur-McNett padrão (T233 cm82). Este método é utilizado aqui como uma maneira eficiente de comparar amostras processadas antes e depois de sua pré- dispersão no refinador. Isso porque, depois de pré-dispersão de 6 passagens, a consistência aumentou significativamente, e devido a alguma hornificação de celulose e à formação de elementos fibrosos de rede a quantidade de fração de partículas finas caiu e as grandes frações, que normalmente correspondem a fibras longas individualizadas ou agregados fibrosos, aumentaram. No entanto, ao aplicar algum cisalhamento adicional durante a desintegração da água, esses elementos fibrosos de rede desapareceram e, como pode ser visto na Figura 21 a quantidade de partículas finas aumentou. As frações de partículas finas são ligeiramente maiores do que as da amostra P0 devido a alguma fibrilação e liberação de partículas finas durante as várias passagens de pré-dispersão no refinador. Isto significa que o material fibroso hornificado pré-disperso pode ser desintegrado por imersão do material em água quente, então, aplicando algum cisalhamento, tal como no refinador de baixa consistência.

[00153] Exemplo 13: A Tabela 6 apresenta o teor de sólidos, o WRV e as propriedades físicas de folhas de amostras antes e depois da pré-dispersão correspondentes ao exemplo 12. As folhas foram feitas em uma máquina de fabricação de folhas britânica (T205 om-88) utilizando amostras de polpa após sua mistura com água deionizada à consistência de 1,2%, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 10 minutos, e depois de desintegração adicional da amostra P6 em um liquidificador Waring™ por períodos de 2 e 5 minutos. O aumento de consistência na pré-dispersão teve dois efeitos opostos simultâneos nas propriedades da polpa: abrir e soltar as fibras emaranhadas de polpa aglomerada e aumentar a hornificação. O WRV de polpas diminuiu lentamente à medida que a consistência de P0 para P4 aumentou, então, em P5 e P6, onde a consistência aumentou significativamente o WRV caiu significativamente devido à hornificação de material fibroso. A queda nas propriedades de resistência se correlaciona bem com a queda no WRV e as folhas de amostra P6 eram várias vezes mais fracas do que a amostra de controle P0. A mesma tendência também foi medida com o coeficiente de dispersão de volume e luz das folhas. O aumento no coeficiente de dispersão de volume e de luz sugere que as folhas feitas a partir de material fibroso pré- disperso desintegrado em água são desligadas. No entanto, quando esta amostra P6 foi adicionalmente desintegrada no liquidificador Waring™ por 2 e 5 minutos (P6b), os valores de WRV, resistência à tensão, coeficiente de dispersão de volume e de luz foram quase similares aos valores de P0. Os elementos fibrosos de rede podem ter benefícios em alguns produtos, tais como conferir volume para papel e criar estruturas de fibra porosa para produtos absorventes e de filtragem.

[00154] Como pode ser visto a partir dos próximos exemplos, as consequências negativas no WRV de fibras fibriladas causadas durante a evaporação de água na pré-dispersão no refinador podem ser restauradas pela utilização de alguma energia de cisalhamento adicional durante a desintegração de polpa em água ou impedida pelo tratamento de polpas úmidas com produtos químicos antes da operação de pré-dispersão, como sera mostrado posteriormente.

Tabela 6: Teor de sólidos, WRV e propriedades físicas de folhas feitas a partir de amostras desintegradas em água apenas e amostras desintegradas em água + liquidificador warring.

[00155] Exemplo 14: Um elemento importante do método descrito neste documento, reside no fato de que as polpas altamente refinadas aglomeradas e úmidas são pré-dispersas no refinador de disco de uma maneira que as fibras individuais e as suas fibrilas não são deixadas entrar em colapso ou colarem umas nas outras durante a evaporação da água e a hornificação de celulose é substancialmente impedida. Isto é demonstrado na Figura 22 com o material fibroso altamente fibrilado HCR1 (8.221 kWh/t) - sem pré-dispersão no refinador A (P0), P0 seca ao ar B e P0 tratada com 20% de carbonato de propileno, então, seca ao ar C. Todas as amostras foram primeiro misturadas com água deionizada à consistência de 1,2%, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 10 minutos. As imagens de microscopia mostram claramente que após secar a amostra P0 úmida (imagem B) ao ar, os elementos fibrosos tendem a colar uns nos outros. No entanto, quando a mesma amostra P0 úmida foi tratada com 20% de carbonato de propileno PC (C), não se observou a auto-colagem de elementos fibrosos e o produto assemelhou-se claramente à amostra P0 inicial (A) antes de qualquer secagem. Resultados similares também foram obtidos com compostos poli-hidroxi, a saber, glicerina, etilenoglicol. Isto significa que energia adicional pode não ser necessária para desintegrar eficientemente o material fibroso pré-disperso semi-seco. O tratamento de material fibroso altamente fibrilado com auxiliares químicos é útil para impedir a hornificação de material fibroso e auto-colagem entre si durante a pré-dispersão e a evaporação de água no refinador, e secagem adicional para alto teor de sólidos.

[00156] Exemplo 15: O efeito de secagem de polpa refinada de alta energia HCR1 (8.221 kWh/t), tratado com um auxiliar químico, na distribuição de tamanho de material fibroso foi investigado e os resultados são mostrados na Figura 23. As amostras incluem: P0 úmida, P0-lab pré-dispersa e seca ao ar, P0-lab pré-dispersa e seca ao forno, P0-tratada com 20% de carbonato de propileno e com 20% de glicerina, então, lab pré-dispersa e seca ao ar. Todas as amostras foram misturadas com água deionizada à consistência de 1,2%, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico [TAPPI T-205 e T-218] por 30.000 rotações. Os resultados de Baeur-McNett mostram claramente que após a secagem ao ar ou de secagem ao forno de P0, a fração de partículas finas P200 diminuiu e as frações (P14 e R14/P24), que normalmente correspondem às fibras mais longas, aumentaram. No entanto, quando a mesma amostra P0 úmida foi primeiro tratada com 20% de carbonato de propileno (PC) ou com 20% de glicerina, as frações fibrosas eram um tanto similares à amostra P0 nunca seca de controle. Além disso, parecia que o tratamento químico ajudava na liberação de elementos fibrilares mais finos, que estavam presentes na amostra P0 úmida de controle, como visto nas imagens da Figura 23.

[00157] Exemplo 16: As propriedades de resistência de folhas feitas a partir de amostras de polpa desintegradas do exemplo 14 são mostradas na Tabela 7. Claramente, estes resultados demonstram que, ao secar a amostra P0 úmida ao ar ou ao forno, ambos mostraram queda drástica nas propriedades de resistência à tensão, e o coeficiente de dispersão de volume e de luz aumentou substancialmente. No entanto, quando a amostra P0 foi primeiro tratada com carbonato de propileno (PC) ou glicerina, bem como outros compostos poli-hidroxi (resultados não mostrados aqui), a alteração nas propriedades devido à secagem foi substancialmente reduzida, conforme visto a partir de WRV, propriedades de resistência à tensão, coeficiente de dispersão de volume e de luz, que eram todos apenas ligeiramente diferentes daqueles da amostra de controle P0 nunca seca. Por exemplo, amostras de secagem sem qualquer tratamento químico, a perda na resistência à tensão era cerca de 70%, mas após o pré-tratamento químico era de apenas 20%. Esta perda de 20% na resistência pode ser facilmente recuperada com um pequeno cisalhamento adicional durante o repolpação. Excelentes resultados também foram obtidos quando a polpa foi pré-tratada com muitos outros auxiliares químicos já descritos anteriormente, bem como suas misturas ou suas misturas com amido, carboximetilcelulose, látex aniônico e poliacrilamida aniônica, para mencionar alguns. Verificamos também que, ao adaptar a química de tratamento da fibra de polpa úmida, tornou-se possível pré- dispersá-la em material fibroso semi-seco, então, secá-la sem prejudicar seu potencial de fortalecimento para a fabricação de papel ou outras aplicações diferentes de papel. O material com valores de coeficiente de alta dispersão de luz e de alto volume pode ser usado em papel para melhorar o volume e a opacidade, ou para fabricar produtos de tecido ou filtração e mantas absorventes.

Tabela 7: WRV e propriedades físicas de folhas feitas a partir das amostras desintegradas do exemplo 15.

[00158] Exemplo 17: Uma polpa kraft de madeira macia branqueada (BSWK) de 625 ml de CSF e 30% de teor de sólidos foi misturada na unidade de mistura, na ausência (amostra A) e presença (amostra B) de Quilon C, uma solução de complexo de cromo. Quilon é um agente hidrofóbico catiônico de cor verde-escuro que foi diluído, então, depois mesclada com polpa. Ambas as amostras de polpa foram pré-dispersas, secas ao ar a cerca de 90%, então, adicionalmente aquecidas em um forno de convecção a 105 °C por 10 min. A amostra tratada B era hidrofóbica e dispersa para fibras separadas por ação mecânica. Ambas as amostras secas também foram embebidas em água, então, desintegradas no desintegrador padrão britânico. As pastas de polpa foram utilizadas para análise microscópica e para fabricar amostras de folhas. A Figura 24 apresenta imagens de microscopia óptica das duas amostras. A imagem A da amostra não tratada mostra fibras dispersas e pequenas partículas, a saber, partículas finas, enquanto a imagem B mostra fibras bem dispersas, mas praticamente livres de partículas. Análise adicional revelou que, devido à sua natureza catiônica, Quilon C promoveu a ligação das pequenas partículas ou partículas finas nas superfícies fibras. Folhas feitas da amostra B eram muito mais fracas que aquelas da amostra A. Resultados de tendência similar foram obtidos com surfactantes catiônicos descritos anteriormente, tais como Arquad 2HT-75. Tais fibras tratadas podem ser úteis para mantas absorventes utilizadas em fraldas ou em materiais compósitos.

[00159] Exemplo 18: Repetiu-se o experimento do exemplo 17 em polpa quimiotermomecânica branqueada de madeira macia (BCTMP) coletada a partir de uma prensa de rolos duplos com um teor de sólidos de 50%. Essa polpa foi pré-dispersa em uma passagem no refinador de disco atmosférico sem e com adição de 10% de QuiIon C, uma solução de complexo de cromo. Quilon foi diluída, então, medida para a polpa no refinador. Para ambas as amostras, a energia utilizada para a flutuação de uma passagem foi de 100 kWh/t. A mistura de Quilon C com material fibroso de polpa foi muito uniforme à medida que a cor da polpa tratada homogeneamente transformou-se em verde-claro. Ambas as amostras pré- dispersas foram secas por 10 minutos em um forno de convecção a 105 °C. O material fibroso de ambas as polpas foi completamente separado e sem nós. A amostra de polpa tratada com Quilon era hidrofóbica, mas dispersa em água com agitação. As polpas foram, cada uma, diluídas a 1,2% em água 50C, então, desintegradas em um desintegrador britânico padrão por 10 minutos (30.000 rotações) e usadas para fazer amostras de folhas. O Quilon aumentou a liberdade de polpa e reduziu a turbidez de filtrado de água e as amostras de folhas produzidas eram hidrofóbicas com um ângulo de contato de 122° e têm alto volume e baixa resistência (Figura 25). As fibras secas tratadas com Quilon C foram consideradas compatíveis e dispersíveis em polímeros termoplásticos, tais como polipropileno e polietileno.

Tabela 8: Efeito de tratamento de polpa com 10% de QuiIon C em suas propriedades de fibras e folhas

[00160] Exemplo 19: Um elemento do presente método é atingir boa dispersão em água de fibras BSWK refinadas de alta consistência e alta energia. Neste exemplo, a polpa refinada altamente aglomerada de saída do refinador (13.541 kWh/t) foi mesclada com diferentes polímeros aniônicos, resinas ou tensoativos, a saber, carboximetilcelulose, látex, tensoativo, ácido etil-acrílico (EAA), amido, alginato, então, desintegrada em água. Os resultados da Figura 25 mostram imagens de microscopia da amostra de controle (A) e amostras tratadas com látex aniônico (Acronal™ 504s a partir de BASF) (B) e com carboximetilcelulose (C), todas desintegradas nas mesmas condições. As amostras tratadas (B) e (C) produziram material fibroso altamente disperso sem nenhum emaranhado restante, enquanto que o seu material fibroso de amostra não tratada ainda é agregado e contém emaranhado. Isto significa que a energia de mistura adicional não é necessária para desintegrar de forma eficiente o material fibroso pré-disperso semi-seco tratado. O material fibroso tratado bem disperso em água produziu folhas uniformes com propriedades de resistência muito superiores.

[00161] Exemplo 20: A dispersão é uma questão importante para polpas secas ou semi-secas. Isso foi destacado anteriormente por imagens de microscopia. Para acessar este aspecto para a polpa produzida de acordo com o método descrito neste documento, consideramos o teste de nó a partir de MTS e Fempro. Este método consiste no peneiramento forçado ao ar de 3 gramas de polpa durante apenas 2 minutos de tempo em três correntes; rejeitos, aceitos e partículas finas. O rejeito é a porção da polpa retida pela malha n° 16 (abertura de 1,18 mm). Rejeitos são considerados nós que precisam ser dispersos novamente. A polpa que atravessa a tela de malha n° 16 é uma combinação de aceitos e partículas finas. Uma malha de tela n° 30 (abertura de 0,60 mm) é usada para separar aceitos de partículas finas.

[00162] No exemplo a seguir, investigamos três amostras de polpa: Amostra 1: Polpa semi-seca de alta consistência e alta energia, que não foi adicionalmente processada pelo nosso novo método. Amostra 2: Polpa semi-seca de alta consistência e alta energia, que foi processada pelo nosso novo método na presença de mistura de auxiliar químico, 20% de carbonato de propileno (PC).

[00163] Porções das amostras acima foram analisadas como semi-secas e outras porções foram analisadas após a sua secagem em um forno de convecção quente estabelecido a 100 °C por 4 horas. As novas amostras são: Amostra 3: Amostra 1 polpa totalmente seca Amostra 4: Amostra 2 polpa totalmente seca

[00164] Os resultados do teste de nó são fornecidos na Tabela 9. Pode- se ver que a polpa tratada com PC tem uma qualidade muito superior em se tratando da contagem de nós, quer seja semi-seca ou seca. Mais importante, a polpa totalmente seca sem qualquer tratamento tem o maior número de contagem de nós. De fato, esses nós precisariam de uma alta força absoluta para desintegrá-los em água, mas não seria possível separá-los na forma seca sem danos irreversíveis. No entanto, a polpa tratada produzida de acordo com o presente método quando seca no forno (condições extremas) tem menos nós. Se tivéssemos gasto o período de tempo do teste, seria possível reduzir significativamente o número desses nós. Os nós das amostras tratadas são dispersíveis em água usando técnicas de polpação convencionais.

Tabela 9: Teste de nós fibrosos para amostras de polpa semi-seca e seca processadas sem e com PC.

[00165] O presente método provê um meio para atingir, de forma simultânea, mistura e abertura de um ou vários materiais fibrosos de polpas, pré-dispersá-los, fibrilá-los e tratá-los com produtos químicos ao também evaporar a água. Baseia-se na utilização de refinadores termomecânicos convencionais como misturadores eficientes de produtos químicos com material fibroso de polpa e pré-dispersá-los e fibrilá-los e como secadores termocinéticos. O método pode ser utilizado para processar quaisquer formas de fibras de lignocelulose de alta consistência e suas fibras fibriladas feitas por refinadores de disco de alta consistência e alta energia, e outras fibras sintéticas e misturas de fibras diferentes. O método pode ser integrado com operações de refinamento de alta consistência e alta energia usando múltiplos refinadores, de forma que um pequeno nível da energia total é dedicado para abertura de material fibroso, pré-dispersão, fibrilação e tratamento químico de acordo com o método descrito neste documento. No refinador ou antes do estágio de refinador, o tratamento de material fibroso com produtos químicos ou aditivos específicos pode ser feito para impedir que as fibras e fibrilas individuais colapsem umas nas outras ou para tornar o material fibroso emaranhado facilmente dispersível nas composições desejadas. A pré- dispersão de polpa úmida de alta energia pelo presente método previne o envelhecimento da polpa no armazenamento ou transporte. O método é mostrado para funcionar com os dados experimentais apresentados aqui. A etapa de refinamento utiliza parâmetros específicos para permitir a mistura simultânea, abertura, pré-dispersão de material fibroso, fibrilação e mistura dele com produtos químicos e evaporação de água, ao aplicar energia mínima sob condições conforme especificadas no próximo parágrafo.

[00166] Em um processo de refinamento de polpa termomecânico normal, a diluição em água é utilizada para minimizar a desidratação e a energia aplicada é destinada a desbastar lascas de madeira de feixes de fibra de celulose para separá-las em fibras individuais de boa qualidade. Como explicado anteriormente, em refinamento de polpa de alta consistência normal, a energia é aplicada em fibras ao fechar a lacuna de placa de refinador. No nosso caso, os parâmetros do refinador de pré-dispersão são tais que nenhuma água é adicionada ou simplesmente a diluição é substituída por produtos químicos introduzidos no refinador enquanto o material fibroso de alta consistência está sendo pré-disperso em baixos níveis de energia como a lacuna de placa de refinador está bem aberta. A consistência de saída (linha de sopro) da fibra da polpa úmida e a sua densidade volumétrica são aumentadas, e o material fibroso resultante está na forma pré-dispersa de volume aumentado. Nestas condições, o refinador evapora rapidamente a água dos materiais fibrosos enquanto os auxiliares químicos permanecem com material fibroso. Estes foram alcançados apesar do tempo de permanência do material fibroso no interior do refinador, que é de apenas alguns segundos. O mecanismo é, assim, rápido e muito eficiente. Os produtos químicos vão se misturar, impregnar, fixar ou reagir com o material fibroso no refinador. Durante a aplicação dos materiais pré-dispersos, os auxiliares químicos dissolverão em contato com água para aplicações à base de água ou permanecerão ligados ao material fibroso, tornando-os compatíveis com os ingredientes de muitas composições à base de água e composições hidrofóbicas.

[00167] O material fibroso semi-seco pré-disperso pode ser adicionalmente processado, de forma descontínua ou em linha, usando agitação em ar a velocidades suficientes para separar mais as fibras e soltar emaranhados e subsequentemente formar em fardos comprimidos ou formação de camada de ar em tramas não-tecidas comprimidas ou péletes de trama cortados em cubos de níveis de secura desejáveis usando técnica de secagem suave. Dependendo do tratamento químico e/ou dos aditivos funcionais utilizados, o material fibroso dos fardos, tramas ou péletes de trama é dispersível em particulados secos, em água e composições aquosas ou em composições hidrofóbicas, tais como resinas termofixas e polímeros termoplásticos.

Claims

1. Método (100) para transformar uma polpa em um material fibroso de polpa pré-dispersa, caracterizado pelo fato de compreender: prover a polpa a uma alta consistência de 20 a 97% em peso do teor de sólidos (1); prover um produto químico de tratamento (2); e dispersar a polpa e o produto químico de tratamento em um sistema refinador de múltiplos estágios compreendendo pelo menos um refinador de disco, a uma energia específica de 50 a 400 kWh/t por passagem, em que o pelo menos um refinador de disco tem uma folga de placa de refinador de disco definindo uma lacuna de 0,5 a 3,5 mm, em que o material fibroso de polpa pré-dispersa (3) tem uma consistência de produto de 30 a 99% em peso de teor de sólidos.

2. Método (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material fibroso da polpa pré-dispersa (3) é de 70 a 100% de fibras individualizadas e compreende uma fibrilação de superfície da fibra.

3. Método (100), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, durante dita dispersão, a polpa na consistência de refinador aumenta devido à água de evaporação de energia específica com pelo menos um pouco da água substituída pelo produto químico de tratamento (2).

4. Método (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma energia específica total depois do sistema refinador de múltiplos estágios é uma soma de todas as energias específicas por passagem no sistema refinador aplicado ao material fibroso de polpa e é de 50 a 2000 kWh/t.

5. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a energia específica é de 50 a menos que 100 kWh/t por passagem e a lacuna é superior a 2,5 mm até 3,5 mm; a energia específica é de 100 a menos que 200 kWh/t por passagem e a lacuna é superior a 2,0 mm até 2,5 mm; ou a energia específica é de 200 a 400 kWh/t por passagem e a lacuna é de 1,5 mm a 2,0 mm.

6. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a polpa (1) é uma polpa kraft não refinada ou refinada, polpa termomecânica (TMP), polpa quimiotermomecânica (CTMP), filamentos de celulose, misturas destes ou as misturas com fibras vegetais diferentes de madeira e fibras sintéticas.

7. Método (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a polpa (1) compreende fibras com um comprimento de 0,1 a 10 mm, um diâmetro de 0,02 a 40 mícrons e uma proporção de aspecto médio de 5 a 2000.

8. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o método (100) é um processo contínuo; um processo semicontínuo; ou um processo descontínuo.

9. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o produto químico de tratamento (2) é introduzido isoladamente ou misturado com água à polpa no sistema de refinamento.

10. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o produto químico de tratamento (2) é selecionado dentre o grupo que consiste em plastificantes, lubrificantes, tensoativos, fixadores, alcalinos e ácidos, produtos químicos funcionais reativos de celulose, produtos químicos de reticulação de celulose, agentes hidrofóbicos, substâncias hidrofóbicas, particulados orgânicos e inorgânicos, agentes formadores de espuma ou de volume, agentes resistentes a óleo, particulados absorventes, tinturas, conservantes, agentes branqueadores, agentes retardantes de fogo, polímeros naturais, polímeros sintéticos, látexes, resinas termofixas, lignina e combinações destes.

11. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o sistema refinador de múltiplos estágios compreende três refinadores de disco e o produto químico de tratamento de refinador é adicionado a montante de cada um dos três refinadores de disco.

12. Método (100), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o produto químico de tratamento (2) adicionado a montante de cada um dos três refinadores de disco são produtos químicos de tratamento iguais ou diferentes.

13. Método (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o produto químico de tratamento (2) compreende, adicionalmente, óleo mineral e um lubrificante selecionado dentre o grupo que consiste em ftalatos, citratos, sebacatos, adipatos, fosfatos, e combinações destes.

14. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o produto químico de tratamento (2) é pelo menos um dentre uma solução ou emulsão química de dimensionamento, um produto químico de remoção e um produto químico de amaciamento.

15. Método (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o produto químico de tratamento (2) é um polímero de alto peso molecular selecionado dentre o grupo que consiste em ácido etil-acrílico (EAA); copolímero de etileno e copolímero de propileno, dispersões de poliuretano à base de água, látexes, álcool polivinílico, acetato de polivinila e combinações destes.

16. Material fibroso pré-disperso produzido a partir do método como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 15, caracterizado pelo fato de ser adicionalmente processado por agitação em ar descontínua ou em linha e formação de camada de ar em fardos comprimidos ou ar que flui em tramas não-tecidas comprimidas ou péletes de trama cortados em cubos com níveis de secura desejáveis utilizando técnica de secagem suave.

17. Sistema refinador de múltiplos estágios para transformar uma polpa de alta consistência em um material fibroso pré-disperso, o sistema refinador caracterizado pelo fato de compreender: pelo menos um refinador de disco compreendendo uma folga de placa de refinador de disco definindo uma lacuna de 0,5 a 3,5 mm e transmitindo uma energia específica de 50 a 400 kWh/t por passagem, em que a polpa de alta consistência é de 20 a 97% em peso de teor de sólidos, em que o material pré-disperso sai do sistema refinador com uma consistência de produto de 30 a 99% em peso de teor de sólidos.