BR122017001972B1 - métodos de fazer material fibroso - Google Patents

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BR122017001972B1
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Medoff Marshall
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Abstract

a presente invenção refere-se a métodos de fazer materiais fibrosos que incluem cisalhar uma fonte de fibra para fornecer um primeiro material fibroso (12) através de uma primeira tela (16).

Description

MÉTODOS DE FAZER MATERIAL FIBROSO.
[001] Dividido do PI0609722-7, depositado em 23.03.2006.
REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS
[002] Este pedido de patente reivindica prioridade do Pedido de Patente U. S. Provisório Nos. 60/664.832, depositado em 24 de março de 2005; 60/688.002, depositado em 7 de junho de 2005; 60/711.057, depositado em 24 de agosto de 2005; 60/715.822, depositado em 9 de setembro de 2005; 60/725.674, depositado em 12 de outubro de 2005; 60/726.102, depositado em 12 de outubro de 2005; e 60/750.205, depositado em 13 de dezembro de 2005. Os conteúdos inteiros de cada pedido de patente deste parágrafo são por este meio incorporados aqui por referência em sua totalidade.
CAMPO TÉCNICO
[003] A presente invenção refere-se aos materiais fibrosos e compósitos, e aos métodos de fazer os mesmos.
ANTECEDENTES
[004] Materiais fibrosos, por exemplo, materiais celulósicos e lignocelulósicos, são produzidos, processados e usados em quantidades grandes em várias aplicações. Frequentemente tais materiais fibrosos são usados uma vez, e depois descartados como resíduos.
SUMÁRIO
[005] Em geral, a invenção diz respeito a materiais fibrosos e compósitos, e aos métodos de fazer os mesmos.
[006] Em geral, um primeiro aspecto da invenção caracteriza materiais fibrosos e métodos de fazer materiais fibrosos.
[007] Métodos de fazer materiais fibrosos que incluem cisalhar uma fonte de fibra para fornecer um primeiro material fibroso, e passar o primeiro material fibroso através de uma primeira tela tendo um tamanho de abertura médio de 1,59 mm ou
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2/68 menos (1/16 polegada, 0,0625 polegada) para fornecer um segundo material fibroso.
[008] Em algumas modalidades, o tamanho de abertura médio da primeira tela é menor que cerca de 0,79 mm (1/32 polegada, 0,03125 polegada), por exemplo, menor que cerca de 0,40 mm (1/64 polegada, 0,015625 polegada), menor que cerca de 0,20 mm (1/128 polegada, 0,0078125 polegada), ou até mesmo menor que cerca de 0,10 mm (1/256 polegada, 0,00390625 polegada).
[009] Em implementações específicas, o cisalhamento é executado com um cortador de faca rotativo.
[0010] O segundo material fibroso pode, por exemplo, ser colhido em uma caixa tendo uma pressão abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos 10 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal ou pelo menos 75 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal.
[0011] O segundo material fibroso pode, por exemplo, ser cisalhado uma vez ou numerosas vezes, por exemplo, duas vezes, três vezes, ou até mesmo mais, por exemplo, dez vezes.
[0012] O segundo material fibroso pode, por exemplo, ser cisalhado e o material fibroso resultante passado pela primeira tela.
[0013] O segundo material fibroso pode ser cisalhado, e o material fibroso resultante passado por uma segunda tela tendo um tamanho de abertura médio menor que a primeira tela, fornecendo um terceiro material fibroso.
[0014] Uma razão de uma razão de comprimento médio-para-diâmetro do segundo material fibroso para uma razão de comprimento médio-para-diâmetro do terceiro material fibroso pode ser, por exemplo, menor que cerca de 1,5, menor que cerca de 1,4, menor que cerca de 1,25, ou até mesmo menor que cerca de 1,1.
[0015] O segundo fibroso pode, por exemplo, ser passado através de uma segunda tela tendo um tamanho de abertura médio menor que a primeira tela.
[0016] O cisalhamento e passagem podem, por exemplo, ser
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3/68 executados simultaneamente.
[0017] O segundo material fibroso pode ter uma razão de comprimento médio-para-diâmetro de, por exemplo, maior que cerca de 10/1, maior que cerca de 25/1, ou até maior que cerca de 50/1.
[0018] Um comprimento médio do segundo material fibroso pode ser, por exemplo, entre cerca de 0,5 mm e cerca de 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e cerca de 1,0 mm. Uma largura média do segundo material fibroso pode ser, por exemplo, entre cerca de 5 pm e cerca de 50 pm, por exemplo, entre cerca de 10 pm e cerca de 30 pm.
[0019] Um desvio-padrão de um comprimento do segundo material fibroso pode ser menor que cerca de 60 por cento de um comprimento médio do segundo material fibroso, por exemplo, menor que cerca de 50 por cento de um comprimento médio do segundo material fibroso.
[0020] Em algumas modalidades, uma área de superfície de BET do segundo material fibroso é maior que cerca de 0,5 m2/g, por exemplo, maior que cerca de 1,0 m2/g, maior que cerca de 1,5 m2/g, maior que cerca de 1,75 m2/g, ou até maior que cerca de 0,5 m2/g.
[0021] Em algumas modalidades, uma porosidade do segundo material fibroso é maior que cerca de 70 por cento, por exemplo, maior que cerca de 85 por cento, ou maior que cerca de 90 por cento.
[0022] Em algumas implementações, uma razão de uma razão de comprimento médio-para-diâmetro do primeiro material fibroso para uma razão de comprimento médio-para-diâmetro do segundo material fibroso é menor que cerca de 1,5, por exemplo, menor que cerca de 1,4, menor que cerca de 1,25, ou menor que cerca de 1,1.
[0023] Em modalidades específicas, a tela é formada entrelaçando monofilamentos.
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[0024] A fonte de fibra pode incluir, por exemplo, um material celulósico, um material lignocelulósico. Por exemplo, a fonte de fibra pode ser serragem.
[0025] Em algumas modalidades, a fonte de fibra inclui uma mistura de fibras, por exemplo, fibras derivadas de uma fonte de papel e fibras derivadas de uma fonte têxtil, por exemplo, algodão.
[0026] Métodos de fazer materiais fibrosos são também descritos que incluem cisalhar uma fonte de fibra para fornecer um primeiro material fibroso; e passar o material fibroso através de uma primeira tela para fornecer um segundo material fibroso. Uma razão de uma razão de comprimento médio-para-diâmetro do primeiro material fibroso para um comprimento-para-diâmetro médio do segundo material fibroso é menor que cerca de 1,5.
[0027] Métodos de fazer materiais fibrosos são também descritos que incluem cisalhar uma fonte de fibra para fornecer um primeiro material fibroso; passar o material fibroso através de uma primeira tela para fornecer um segundo material fibroso; e depois cisalhar novamente o segundo material fibroso para fornecer um terceiro material fibroso.
[0028] Materiais fibrosos são descritos tendo uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que cerca de 5, e tendo um desvio-padrão de um comprimento de fibra de menos que cerca de sessenta por cento de um comprimento médio de fibra.
[0029] Por exemplo, a razão de comprimento médio-para-diâmetro pode ser maior que cerca de 10/1, por exemplo, maior que cerca de 15/1, maior que cerca de 25/1, maior que cerca de 35/1, maior que cerca de 45/1, ou até maior que cerca de 50/1.
[0030] Por exemplo, o comprimento médio pode ser entre cerca de 0,5 mm e cerca de 2,5 mm.
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[0031] Métodos de fazer materiais fibrosos são descritos que incluem cisalhar uma fonte de fibra para fornecer um primeiro material fibroso; colher o primeiro material fibroso; e depois cisalhar o primeiro fibroso para fornecer um segundo material fibroso.
[0032] Compósitos são descritos que incluem um material fibroso, uma resina e uma tintura. Por exemplo, a tintura pode auxiliar no mascaramento do material fibroso no compósito.
[0033] Por exemplo, o material fibroso pode ter uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que cerca de 5, e um desvio-padrão de um comprimento de fibra de menos que cerca de sessenta por cento de um comprimento médio de fibra.
[0034] Em algumas modalidades, o compósito adicionalmente inclui um pigmento.
[0035] Em algumas implementações, a tintura é intumescida ou passada na superfície das fibras.
[0036] Os compósitos podem incluir um cheiro ou uma fragrância.
[0037] Métodos de fazer compósitos são também descritos que incluem tingir um material fibroso; combinar o material fibroso com uma resina; e formar um compósito da combinação.
[0038] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem adicionar uma tintura a uma resina para fornecer uma combinação de tintura/resina; combinar a combinação de tintura/resina com um material fibroso; e formar um compósito da combinação de tintura/resina e material fibroso.
[0039] Qualquer compósito pode ser, por exemplo, na forma de uma banqueta, canos, painéis, materiais de cobertura, pranchas, invólucros, folhas, blocos, tijolos, postes, cerca, membros, portas, venezianas, toldos, cortinas, tendas, estruturas, esquadrias de janela, espaldares, pavimento, azulejos, travas de via
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6/68 férrea, bandejas, cabos de ferramenta, barracas, filmes, envolturas, fitas, caixas, cestas, prateleiras, compartimentos, aglutinantes, divisores, paredes, tapetes, estruturas, estantes de livros, esculturas, cadeiras, mesas, escrivaninhas, brinquedos, jogos, paletas, desembarcadouros, cais, barcos, mastros, tanques sépticos, painéis automotivos, gabinetes de computador, caixas elétricas acima e abaixo do solo, mobília, mesas de piquenique, bancos, abrigos, bandejas, cabides, travessas, esquifes, capas de livro, bengalas e muletas.
[0040] O primeiro aspecto e/ou modalidades do primeiro aspecto podem ter qualquer uma, ou combinações, das vantagens a seguir. Os materiais fibrosos são fáceis de dispersar, por exemplo, em uma resina termoplástica fundida. Os materiais fibrosos podem ter, por exemplo, uma distribuição de comprimento e/ou de razão de comprimento-para-diâmetro relativamente estreita, de modo que suas propriedades sejam consistentemente definidas. Por exemplo, quando misturadas com uma resina fundida, as fibras dos materiais fibrosos podem modificar a reologia da resina fundida em um modo consistente e atribuível, resultando em combinações de materiais resinosos/fibrosos que são, por exemplo, mais fáceis de moldar e extrusar. Por exemplo, os materiais fibrosos podem facilmente passar por aberturas ou canais pequenos, como aqueles encontrados ou associados aos moldes de injeção, por exemplo, portas ou corredores quentes. Partes moldadas de tais materiais fibrosos podem exibir um acabamento de superfície bom, por exemplo, com poucas manchas visíveis de partículas grandes e/ou partículas aglomeradas, quando aquele for desejado.
[0041] Em geral, um segundo aspecto da invenção caracteriza materiais fibrosos densificados, métodos de fazer os materiais fibrosos densificados, e compósitos feitos dos materiais fibrosos densificados.
[0042] Métodos de densificar materiais fibrosos são descritos que incluem adicionar, a um material fibroso, um aglutinante solúvel em água, um
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7/68 aglutinante intumescível em água, e/ou um aglutinante tendo uma temperatura de transição vítrea de menos que cerca de 25°C, para fornecer uma combinação de material fibroso-aglutinante. A combinação de material fibroso-aglutinante é densificada para fornecer um material fibroso densificado tendo uma densidade aparente que é pelo menos cerca de duas vezes mais que a densidade aparente do material fibroso, por exemplo, três vezes, quatro vezes, cinco vezes, seis vezes, oito vezes, dez vezes, doze vezes, vinte vezes ou mais, por exemplo, quarenta vezes mais. Preferivelmente, a densidade aparente do material densificado é pelo menos cerca de três vezes ou cerca de quatro vezes mais que a densidade aparente do material fibroso.
[0043] Métodos de densificar materiais fibrosos são também descritos que incluem densificar um material fibroso derivado pelo menos em parte de papel polirrevestido para fornecer um material fibroso densificado tendo uma densidade aparente que é pelo menos cerca de duas vezes mais que a densidade aparente do material fibroso, por exemplo, três vezes, quatro vezes, cinco vezes, seis vezes, oito vezes, dez vezes, doze vezes, vinte vezes ou mais, por exemplo, quarenta vezes mais. Densificação inclui aquecer o material fibroso para uma temperatura de pelo menos cerca de 50°C.
[0044] Métodos de densificar materiais fibrosos são descritos que incluem mover um material fibroso adiante em uma área de aplicação de aglutinante na qual um aglutinante é aplicado para fornecer uma combinação de material fibroso-aglutinante. A combinação de material fibroso-aglutinante é densificada para fornecer um material fibroso densificado tendo uma densidade aparente de pelo menos cerca de duas vezes a densidade aparente do material fibroso, por exemplo, três vezes, quatro vezes, cinco vezes, seis vezes, oito vezes, dez vezes, doze vezes, vinte vezes ou mais, por exemplo, quarenta vezes mais.
[0045] Métodos de densificar materiais fibrosos são descritos que
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8/68 incluem evacuar ar de um material fibroso para aumentar a densidade aparente do material fibroso pelo menos cerca de duas vezes. Por exemplo, o método pode incluir vedar o material fibroso em um recipiente e evacuar ar do recipiente.
[0046] Péletes ou fatias são descritos que incluem um material fibroso densificado. Os péletes ou fatias têm uma densidade aparente de pelo menos 0,3 g/cm3. O material fibroso densificado inclui um material celulósico ou lignocelulósico e um aglutinante solúvel em água, um aglutinante intumescível em água, e/ou aglutinantes tendo uma temperatura de transição vítrea de menos que cerca de 25°C. Os péletes ou fatias têm, por exemplo, uma espessura média entre cerca de 2 mm e cerca de 20 mm, uma largura média de entre cerca de 2 mm e cerca de 40 mm e um comprimento médio de entre cerca de 5 mm e cerca de 40 mm.
[0047] Em algumas modalidades, os péletes definem uma porção interna oca, ou uma estrutura multilobal.
[0048] Materiais fibrosos densificados semelhantes à placa são descritos que têm uma densidade aparente pelo menos 0,3 g/cm3. Os materiais fibrosos densificados incluem um material celulósico ou lignocelulósico. Os materiais fibrosos densificados semelhantes à placa têm, por exemplo, uma espessura média entre cerca de 2 mm e cerca de 20 mm, uma largura média de entre cerca de 2 mm e cerca de 40 mm e um comprimento médio de entre cerca de 5 mm e cerca de 40 mm.
[0049] Métodos de densificar materiais fibrosos são também descritos que incluem adicionar, a um material fibroso, um aglutinante solúvel em água, um aglutinante intumescível em água e/ou uns aglutinantes tendo uma temperatura de transição vítrea de menos que cerca de 25°C, para fornecer uma combinação de material fibroso-aglutinante. A combinação de fibroso-aglutinante inclui menos que cerca de 25 por cento em peso de aglutinante, por exemplo, 15 por cento em peso, 10 por cento em peso, 5 por cento em peso ou menos que cerca de 1 por cento em
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9/68 peso. A combinação de material fibroso-aglutinante é densificada para fornecer um material fibroso densificado tendo uma densidade aparente que é pelo menos cerca de duas vezes mais que a densidade aparente do material fibroso, por exemplo, três vezes, quatro vezes, cinco vezes, seis vezes, oito vezes, dez vezes, doze vezes, vinte vezes ou mais, por exemplo, cerca de quarenta vezes mais.
[0050] Métodos de comprimir materiais fibrosos são descritos que caracterizam posicionar um material fibroso incluindo um aglutinante com respeito a um membro, por exemplo, entre um primeiro membro e um segundo membro, para fornecer um compósito descompactado, e comprimir o compósito descompactado para fornecer um compósito comprimido.
[0051] Em algumas modalidades, a compressão é executada usando um membro simples e um suporte.
[0052] Qualquer material fibroso densificado pode ser usado para formar qualquer artigo descrito aqui.
[0053] Os materiais fibrosos densificados podem incluir um cheiro ou uma fragrância.
[0054] Os materiais fibrosos densificados podem, por exemplo, ser usados para fazer compósitos, ou eles podem ser usados como se encontram ou juntos com aditivos, por exemplo, como matrizes de liberação controlada.
[0055] Métodos de densificar materiais fibrosos, por exemplo, um material celulósico ou lignocelulósico, são também descritos que não utilizam um aglutinante. Péletes ou fatias de materiais fibrosos densificados são descritos que têm uma densidade aparente de pelo menos cerca de 0,3 g/cm3. Os materiais fibrosos densificados incluem um material fibroso diferente de um material celulósico ou celulósico e um aglutinante. Os péletes ou fatias têm uma espessura média entre cerca de 2 mm e cerca de 20 mm, uma largura média de entre cerca de 2 mm e cerca de 40 mm e um comprimento médio de entre cerca de 5 mm e cerca de 40
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10/68 mm.
[0056] Materiais fibrosos densificados semelhantes à placa são descritos que têm uma densidade aparente de pelo menos cerca de 0,3 g/cm3. Os materiais fibrosos densificados incluem um material fibroso diferente de um material celulósico ou lignocelulósico e um aglutinante. Os materiais fibrosos densificados semelhantes à placa têm uma espessura média entre cerca de 2 mm e cerca de 20 mm, uma largura média de entre cerca de 2 mm e cerca de 40 mm e um comprimento médio de entre cerca de 5 mm e cerca de 40 mm.
[0057] O segundo aspecto e/ou modalidades do segundo aspecto podem ter qualquer uma, ou combinações, das vantagens a seguir. Os materiais fibrosos densificados, por exemplo, em forma de pélete ou fatia, são mais fáceis de manipular, alimentar na maquinaria, transportar e misturar com outros materiais, por exemplo, resinas, por exemplo, resina termoplástica.
[0058] Em geral, um terceiro aspecto da invenção caracteriza compósitos reticulados, e compósitos que incluem agentes de enchimento de escala de nanometro. Os compósitos que incluem os agentes de enchimento de escala de nanometro são opcionalmente reticulados quando for desejado.
[0059] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem combinar um material fibroso com uma resina reticulável por radiação, por exemplo, uma resina termoplástica, para fornecer uma combinação de material fibroso/resina reticulável. O material fibroso tem uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que cerca de 5, e um desvio-padrão de um comprimento de fibra é menor que cerca de oitenta e cinco por cento de um comprimento médio de fibra. O material fibroso/resina reticulável é irradiado, por exemplo, com uma radiação ionizante, para pelo menos parcialmente reticular a resina reticulável. Em algumas modalidades, antes da etapa de irradiação, a combinação de material fibroso/resina reticulável é formada em uma forma desejada.
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[0060] A resina reticulável por radiação pode ser, por exemplo, um termoplástico ou uma termocura, por exemplo, uma termocura por fundição. Por exemplo, a resina reticulável por radiação pode ser uma poliolefina, por exemplo, um polietileno (por exemplo, um copolímero de polietileno), um polipropileno (por exemplo, um copolímero de polipropileno), um poliéster (por exemplo, tereftalato de polietileno), uma poliamida (por exemplo, náilon 6, 6/12 ou 6/10), uma polietilenoimina, copolímeros estirênicos elastoméricos (por exemplo, copolímeros de estireno-etileno-butileno-estireno), um elastômero de poliamida (por exemplo, copolímero de poliéter-poliamida), copolímero de etileno-acetato de vinila, ou misturas compatíveis destas resinas.
[0061] Em algumas modalidades específicas, a resina é uma poliolefina tendo uma polidispersidade maior que cerca de 2, por exemplo, maior que cerca de 3, maior que cerca de 3,5, maior que cerca de 4,0, maior que cerca de 4,5, maior que cerca de 5,0, maior que cerca de 7,5 ou até maior que cerca de 10. Uma polidispersidade alta pode melhorar a resistência ao impacto no compósito reticulado. Em algumas modalidades, a poliolefina tem uma taxa de fluxo de fundição maior que cerca de 10, por exemplo, maior que 15, maior que 20, maior que 25, maior que 30, ou até maior que cerca de 50. Um fluxo de fundição alto pode auxiliar na produção do compósito, por exemplo, reduzindo aquecimento de cisalhamento durante a formação do compósito.
[0062] Em modalidades específicas, o material fibroso é fornecido cisalhando uma fonte de fibra, por exemplo, serragem de moer uma madeira dura ou macia (por exemplo, carvalho, cedro ou madeira vermelha (redwood)).
[0063] A razão de comprimento médio-para-diâmetro das fibras dos materiais fibrosos pode ser, por exemplo, maior que cerca de 10/1, por exemplo, maior que 15/1, maior que 25/1, ou até maior que cerca de 50/1. Uma L/D alta pode melhorar as propriedades mecânicas, por exemplo, resistência à tração e módulo
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12/68 flexionai do compósito. Em algumas modalidades, o desvio-padrão do comprimento de fibra é menor que cerca de setenta e cinco por cento do comprimento médio de fibra, por exemplo, menor que cinquenta por cento, menor que 35 por cento, menor que 25 por cento, menor que 15 por cento, menor que 10 por cento, menor que 5 por cento, ou até mesmo menor que cerca de 2,5 por cento. Um desvio-padrão baixo pode, por exemplo, melhorar a processabilidade da mistura de material fibroso/resina. Um comprimento médio do material fibroso pode ser, por exemplo, entre cerca de 0,5 mm e cerca de 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e cerca de 1,0 mm. Uma largura média do material fibroso é entre cerca de 5 pm e cerca de 50 pm, por exemplo, entre cerca de 10 pm e cerca de 30 pm.
[0064] O material fibroso pode ser, por exemplo, derivado de um têxtil, por exemplo, refugos ou sobras algodão, uma fonte de papel, uma planta ou uma árvore. Em algumas modalidades, o material fibroso inclui uma mistura de fibras, por exemplo, fibras derivadas de uma fonte de papel e fibras derivadas de uma fonte têxtil, por exemplo, algodão.
[0065] Em modalidades específicas, a irradiação da combinação de material fibroso/resina reticulável é executada com raios gama ou um feixe de elétrons. Em algumas modalidades, o compósito é na forma de uma estrutura, bens ornamentais e artigos, banqueta, canos, painéis, materiais de cobertura, pranchas, invólucros, folhas, blocos, tijolos, postes, cerca, membros, portas, venezianas, toldos, cortinas, tendas, estruturas, esquadrias de janela, espaldares, pavimento, azulejos, travas de via férrea, bandejas, cabos de ferramenta, barracas, filmes, envolturas, fitas, caixas, cestas, prateleiras, compartimentos, aglutinantes, divisores, paredes, tapetes, estruturas, estantes de livros, esculturas, cadeiras, mesas, escrivaninhas, brinquedos, jogos, paletas, desembarcadouros, cais, barcos, mastros, tanques sépticos, painéis automotivos, gabinetes de computador, caixas elétricas acima e abaixo do solo, mobília, mesas de piquenique, bancos, abrigos, bandejas,
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13/68 cabides, travessas, esquifes, capas de livro, bengalas e muletas.
[0066] Em algumas modalidades, o material fibroso é preparado cisalhando uma fonte de fibra para fornecer um primeiro material fibroso, e passando o primeiro material fibroso através de uma primeira tela tendo um tamanho de abertura médio de cerca de 1,59 mm ou menos (1/16 polegada, 0,0625 polegada) para fornecer um segundo material. Em algumas modalidades, o tamanho de abertura médio da primeira tela é menor que 0,79 mm (1/32 polegada, 0,03125 polegada), por exemplo, menor que cerca de 0,40 mm (1/64 polegada, 0,015625 polegada).
[0067] Em algumas modalidades, a irradiação é executada com radiação eletromagnética tendo uma energia por fóton (em volts de elétron) maior que cerca de 102 eV/fóton, por exemplo, maior que 103, 104, 105, 106, ou até maior que cerca de 107 eV/fóton. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem energia por fóton de entre cerca de 104 e cerca de 107, por exemplo, entre cerca de 105 e cerca de 106 eV/fóton.
[0068] Em algumas modalidades, a irradiação é executada com radiação eletromagnética tendo uma frequência maior que cerca de 1016 hz, maior que cerca de 1017 hz, 1018, 1019, 1020, ou até maior que cerca de 1021 hz. A radiação eletromagnética tem uma frequência de entre cerca de 1018 e cerca de 1022 em algumas modalidades, por exemplo, entre cerca de 1019 a cerca de 1021 hz.
[0069] Em algumas modalidades, a irradiação é executada até que a combinação de material fibroso/resina reticulável receba uma dose de pelo menos cerca de 0,25 Mrad, por exemplo, pelo menos 1,0 Mrad, pelo menos 2,5 Mrad, pelo menos 5,0 Mrad, ou pelo menos cerca de 10 Mrad.
[0070] Em algumas modalidades, a irradiação é executada até a combinação material fibroso/resina reticulável receba uma dose de entre cerca de 1,0 Mrad e cerca de 6,0 Mrad, por exemplo, entre cerca de 1,5 Mrad e cerca de 4,0
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Mrad.
[0071] Em algumas modalidades, a irradiação é executada a uma taxa de dose de entre cerca de 5 e cerca de 1500 quilorads/hora, por exemplo, entre cerca de 10 e cerca de 750 quilorads/hora ou entre cerca de 50 e cerca de 350 quilorads/horas.
[0072] Em algumas modalidades, a irradiação é executada com radiação eletromagnética gerada de uma fonte de 60Co.
[0073] Compósitos são descritos que incluem uma resina reticulada e um material fibroso tendo uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que cerca de 5 e um desvio-padrão de um comprimento de fibra é menor que cerca de oitenta e cinco por cento de um comprimento médio de fibra.
[0074] Em algumas modalidades, a razão de comprimento médio-paradiâmetro é maior que cerca de 10/1, por exemplo, maior que cerca de 15/1, maior que cerca de 25/1, ou até maior que 5 a cerca de 0/l.
[0075] Em algumas modalidades, o desvio-padrão o comprimento de fibra é menor que cerca de setenta e cinco por cento do comprimento médio de fibra, por exemplo, menor que cinquenta por cento, menor que 35 por cento, menor que 25 por cento, menor que 15 por cento, menor que 10 por cento, menor que 5 por cento, ou até mesmo menor que cerca de 2,5 por cento. Em algumas modalidades, um comprimento médio do material fibroso é entre cerca de 5 mm e cerca de 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 5 pm e cerca de 50 pm.
[0076] Métodos de fazer compósitos são também descritos que incluem cisalhar uma fonte de fibra para fornecer um material fibroso; combinar o material fibroso com uma resina reticulável para fornecer uma combinação de material fibroso/resina; e irradiar com radiação gama para pelo menos parcialmente reticular a resina reticulável.
[0077] Em algumas modalidades, o cisalhamento é executado com um
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15/68 cortador de faca rotativo.
[0078] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem combinar um material fibroso com uma resina reticulável por radiação para fornecer uma combinação de material fibroso/resina reticulável. O material fibroso tem uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que cerca de 5, e um desviopadrão de um comprimento de fibra é menor que cerca de oitenta e cinco por cento de um comprimento médio de fibra. O material fibroso/resina reticulável é formado em uma forma desejada e irradiado pelo menos parcialmente para reticular a resina reticulável.
[0079] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem combinar um agente de enchimento, por exemplo, um material fibroso, com uma resina reticulável por radiação para fornecer uma combinação de agente de enchimento/resina reticulável e irradiar a combinação de agente de enchimento/resina reticulável para pelo menos parcialmente reticular a resina reticulável.
[0080] Métodos de reduzir crescimento biológico excessivo, por exemplo, de leveduras e/ou bactérias, em compósitos são descritos que incluem irradiar um compósito com uma radiação ionizante antes do uso. Em algumas modalidades, o compósito é na forma de uma prancha, por exemplo, material de cobertura.
[0081] Compósitos são descritos que incluem uma resina, um agente de enchimento tendo uma dimensão transversal de menos que cerca de 1000 nm, e um material fibroso. Em algumas implementações, a dimensão transversal é menos que 500 nm.
[0082] Em algumas modalidades, a resina é reticulada, por exemplo, usando um agente de reticulação química ou radiação.
[0083] Em algumas modalidades, o material fibroso inclui um material
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16/68 celulósico ou lignocelulósico.
[0084] Em modalidades específicas, o material fibroso tem uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que cerca de 5 e um desvio-padrão de um comprimento de fibra é menos que cerca de oitenta e cinco por cento de um comprimento médio de fibra.
[0085] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem combinar um agente de enchimento tendo uma dimensão transversal de menos que cerca de 1000 nm e um material fibroso com uma resina. Os métodos podem também incluir formar a combinação do agente de enchimento/material fibroso/resina em uma forma desejada. A forma desejada pode ser, por exemplo, irradiada pelo menos parcialmente para reticular a resina.
[0086] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem combinar um agente de enchimento tendo uma dimensão transversal de menos que cerca de 1000 nm e um material fibroso com uma resina reticulável por radiação para fornecer uma combinação de agente de enchimento/material fibroso/resina reticulável; e irradiar a combinação de agente de enchimento/material fibroso/resina reticulável para pelo menos parcialmente reticular a resina reticulável.
[0087] Compósitos são também descritos que incluem uma resina e serragem tendo fibras tendo uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que cerca de 5 e um desvio-padrão de um comprimento de fibra é menor que cerca de oitenta e cinco por cento de um comprimento médio de fibras dispersas. Em algumas modalidades, a serragem é derivada de uma madeira dura, por exemplo, carvalho, ou de uma madeira macia, por exemplo, cedro, madeira vermelha (redwood) ou pinheiro.
[0088] Métodos de fazer compósitos são também descritos que incluem cisalhar a serragem para fornecer um material fibroso, e combinar o material fibroso com uma resina para fornecer uma combinação de material fibroso/resina. Em
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17/68 algumas modalidades, os métodos podem também incluir irradiar a combinação de material fibroso/resina com radiação gama para pelo menos parcialmente reticular a resina.
[0089] O terceiro aspecto e/ou modalidades do terceiro aspecto pode ter qualquer uma, ou combinações, das vantagens a seguir. Os compósitos podem ter propriedades mecânicas excelentes, por exemplo, resistência à abrasão, resistência à compressão, resistência à fratura, resistência ao impacto, resistência à flexão, módulo elástico, módulo flexional e alongamento à fratura. Os compósitos podem ter excelente desempenho em temperaturas baixas, por exemplo, tendo uma tendência reduzida de quebrar e/ou rachar em baixas temperaturas, por exemplo, temperaturas abaixo de 0°C, por exemplo, abaixo de -10°C, -20°C, -40°C, -50°C, 60°C ou até mesmo abaixo -100°C. Além disso, os compósitos podem ter desempenho excelente em temperaturas altas, por exemplo, manter suas propriedades mecânicas vantajosas em temperatura relativamente alta, por exemplo, em temperatura acima de 100°C, por exemplo, acima de 125°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C, 400°C, ou mesmo acima de 500°C. Os compósitos podem ter resistência química excelente, por exemplo, resistência à inchação em um solvente, por exemplo, um solvente de hidrocarboneto, resistência ao ataque químico, por exemplo, através de ácidos fortes, bases fortes, oxidantes fortes (por exemplo, cloro ou alvejante) ou agentes redutores (por exemplo, metais ativos como sódio e potássio). Os compósitos podem ter uma putrefação de tendência reduzida e decadência uma vez que tratamento dos compósitos com radiação tende a matar qualquer micróbio, por exemplo, fungo, bactérias ou insetos.
[0090] Em geral, um quarto aspecto da invenção caracteriza compósitos com fragrância, e métodos de fazer os mesmos. Os compósitos com fragrância podem ser reticulados se for desejado.
[0091] Fontes de fibra, materiais fibrosos ou materiais fibrosos
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18/68 densificados são descritos em combinação com uma fragrância. Exemplos de fragrâncias incluem madeira de cedro, sempre-viva ou madeira vermelha (redwood). Em algumas modalidades, a fonte de fibra, o material fibroso ou o material fibroso densificado em combinação com a fragrância incluem um corante e/ou um biocida. Em algumas modalidades, a fragrância inclui uma fragrância de árvore, por exemplo, fragrância de madeira vermelha (redwood) natural, e a cor, por exemplo, vermelha, equipara à árvore da qual a fragrância é derivada.
[0092] Fontes de fibra, materiais fibrosos ou materiais fibrosos densificados são também descritos em combinação com uma fragrância e uma resina, por exemplo, uma resina termoplástica. Em algumas modalidades, um corante e/ou um biocida é/são também utilizado(s). Em algumas modalidades, a fragrância inclui uma fragrância de árvore, por exemplo, fragrância de madeira vermelha (redwood) natural, e a cor, por exemplo, vermelha, equiparando à árvore da qual a fragrância é derivada.
[0093] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem adicionar a um material fibroso uma fragrância para fornecer uma combinação de material fibroso-fragrância, e comprimir a combinação de material fibroso-fragrância para fornecer um compósito. A fragrância pode ser, por exemplo, em uma resina que é adicionada ao material fibroso.
[0094] Compósito é também descrito que inclui um material fibroso e uma fragrância. Em algumas modalidades, os compósitos também incluem uma resina, por exemplo, uma resina termoplástica ou de termocura. As fibras do material fibroso podem ter, por exemplo, uma razão de comprimento-para-diâmetro maior que cerca de 5, por exemplo, maior que 10, maior que 25, maior que 50 ou maior que cerca de 100.
[0095] O quarto aspecto e/ou modalidades do quarto aspecto pode ter qualquer uma, ou combinações, das vantagens a seguir. Os compósitos perfumados
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19/68 descritos, por exemplo, materiais fibrosos densificados e compósitos substituídos de madeira, podem alvoroçar interesse em um ponto de compra, e pode permitir oportunidades de marca e comercialização incomuns.
[0096] Em geral, um quinto aspecto da invenção caracteriza compósitos tendo propriedades visuais únicas, agradáveis ou até mesmo admiráveis, e métodos de fazer os mesmos.
[0097] Compósito é descrito que inclui uma resina e um material fibroso, e que tem uma superfície externa. Algum do material fibroso é visível.
[0098] O material fibroso pode ser visível na superfície externa, na superfície externa, ou sob a superfície externa, por exemplo, sob a superfície uma distância de menos que cerca de 0,100 polegada (0,254 cm), por exemplo, menos que 0,050 polegada (0,127 cm), menos que 0,025 polegada (0,064 cm), menos que 0,010 polegada (0,025 cm) ou menor que cerca de 0,005 polegada (0,013 cm).
[0099] Compósito é também descrito que inclui uma resina transparente, por exemplo, náilon transparente ou polipropileno clarificado, e um material fibroso.
[00100] Método de fazer compósitos é também descrito que inclui combinar uma resina e um material fibroso para fornecer uma combinação de resina/material fibroso; e comprimir a combinação de resina/material fibroso para fornecer um compósito tendo uma superfície externa em que algum do material fibroso é visível.
[00101] Métodos de fazer compósitos são descritos que incluem combinar uma resina transparente e um material fibroso para fornecer uma combinação de resina/material fibroso transparente; e comprimir a combinação de resina/material fibroso transparente para fornecer um compósito.
[00102] O quinto aspecto e/ou modalidades do quinto aspecto pode ter qualquer uma, ou combinações, das vantagens a seguir. Os compósitos podem ter
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20/68 propriedades visuais únicas, agradáveis e até mesmo admiráveis, e ao mesmo tempo podem ter propriedades mecânicas desejáveis, por exemplo, resistência à abrasão alta, resistência à compressão alta, resistência à fratura, resistência ao impacto alta, resistência à flexão alta, módulo elástico alto, módulo flexional alto e alongamento à fratura alto. Tais compósitos podem, por exemplo, intensificar o reconhecimento da marca e lealdade da marca.
[00103] O termo material fibroso, como aqui usado, é um material que inclui numerosas fibras soltas, distintas e separáveis. Por exemplo, um material fibroso pode ser preparado de um papel polirrevestido ou uma fonte de fibra alvejada de papel Kraft cisalhando, por exemplo, com um cortador de faca rotativo.
[00104] O termo tela, como aqui usado, significa um membro capaz de peneirar o material de acordo com tamanho, por exemplo, uma placa perfurada, cilindro ou outros, ou uma malha de fio ou tecido de pano.
[00105] Um agente de enchimento de escala de nanometro é um tendo uma dimensão transversal de menos que cerca de 1000 nm. A dimensão transversal de um agente de enchimento de escala de nanometro é seu diâmetro se for uma partícula esférica ou uma fibra fina relativamente longa, ou um tamanho máximo de uma partícula irregularmente configurada.
[00106] Um material fibroso é visível ou em um compósito se o material fibroso puder ser visto por um ser humano de visão média sob condições de luz do dia quando o compósito for retido a uma distância de três pés (91,44 cm) do ser humano.
[00107] Todas as publicações, pedidos de patente, patentes, e outras referências mencionadas aqui são aqui incorporados por referência em sua totalidade.
[00108] Outras características e vantagens da invenção serão evidentes da descrição detalhada a seguir, e das reivindicações.
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DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[00109] A Figura 1 é diagrama de blocos que ilustra conversão de uma fonte de fibra em um primeiro e segundo material fibroso.
[00110] A Figura 2 é uma vista de corte transversal de um cortador de faca rotativo.
[00111] A Figuras 3-8 são vistas do topo de uma variedade de telas feitas de monofilamentos.
[00112] A Figura 9 são diagrama de blocos que ilustram conversão de uma fonte de fibra em um primeiro, segundo e terceiro material fibroso.
[00113] A Figuras 10A e 10B são fotografias de fontes de fibra; a Figura 10A é uma fotografia de um recipiente de papel polirrevestido, e a Figura 10B é uma fotografia de rolos de papel Kraft não-alvejado.
[00114] As Figuras 11 e 12 são micrógrafos de elétron de varredura de um material fibroso produzido de papel polirrevestido em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente. O material fibroso foi produzido em um cortador de faca rotativo utilizando uma tela com aberturas de 1/8 polegada (0,318 cm).
[00115] As Figuras 13 e 14 são micrógrafos de elétron de varredura de um material fibroso produzido de papelão Kraft alvejado em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente. O material fibroso foi produzido em um cortador de faca rotativo que utiliza uma tela com abertura de 1/8 polegada (0,318 cm).
[00116] As Figuras 15 e 16 são micrógrafos de elétron de varredura de um material fibroso produzido de papelão Kraft alvejado em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente. O material fibroso foi cisalhado duas vezes em um cortador de faca rotativo que utiliza uma tela com aberturas de 1/16 polegada (0,159 cm) durante cada cisalhamento.
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[00117] As Figuras 17 e 18 são micrógrafos de elétron de varredura de um material fibroso produzidos de papelão Kraft alvejado em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente. O material fibroso foi muito cisalhado em um cortador de faca rotativo. Durante o primeiro cisalhamento, uma tela de 1/8 polegada (0,318 cm) foi usada; durante o segundo cisalhamento, uma tela de 1/16 polegada (0,159 cm) foi usada, e durante o terceiro cisalhamento uma tela 1/32 polegada (0,07938 cm) foi usada.
[00118] A Figura 19 é diagrama de blocos que ilustra conversão de uma fonte de fibra em um material fibroso, e depois densificação do material fibroso.
[00119] A Figura 20 é um material fibroso densificado em forma de pélete.
[00120] A Figura 20A é um corte transversal de um pélete oco em que um centro da parte oca está alinhado com um centro do pélete.
[00121] A Figura 20B é um corte transversal de um pélete oco em que um centro da parte oca está desalinhado com o centro do pélete.
[00122] A Figura 20C é um corte transversal de um pélete trilobal.
[00123] A Figura 21 é um diagrama de blocos que ilustra densificação aparente revertível.
[00124] A Figura 22 é vista lateral esquemática de um processo para revestir um material fibroso com um aglutinante e/ou adicionar aditivos ao material fibroso.
[00125] A Figura 23 é uma vista lateral esquemática de um processo para formar um material fibroso densificado.
[00126] A Figura 24 é uma vista de perspectiva em corte diagramático de um moinho de pélete.
[00127] A Figura 25 é uma vista lateral esquemática de um processo para fabricação um material fibroso densificado.
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[00128] A Figura 25A é uma vista aumentada da área 25A da Figura 25.
[00129] A Figura 26 é um diagrama de blocos que ilustra conversão de uma combinação de material fibroso/resina reticulável em uma forma desejada, e irradiando a forma desejada para formar um compósito reticulado.
[00130] A Figura 27 é uma vista de perspectiva diagramática de um irradiador gama.
[00131] A Figura 28 é uma vista de perspectiva aumentada da região 28 da Figura 27.
[00132] A Figura 29 é uma fotografia de um compósito de resina/material fibroso na forma de uma banqueta em que algum do material fibroso do compósito é visível.
[00133] A Figura 30 é uma vista aumentada da região de caixa da Figura 29.
[00134] As Figuras 31A, 31B e 31C esquematicamente ilustram fabricando um compósito de um molde tendo uma superfície de molde.
[00135] A Figura 32 é uma vista de corte transversal do compósito de resina/material fibroso tendo uma porção interna substancialmente não tendo nenhum material fibroso e uma porção externa circundando a porção interna que inclui o material fibroso.
[00136] A Figura 33 é uma vista de corte transversal de um compósito de resina/material fibroso transparente tendo uma porção interna tendo substancialmente todo do material fibroso e uma porção externa não tendo substancialmente nenhum material fibroso circundando a porção interna.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[00137] Em geral, materiais fibrosos, materiais fibrosos densificados e compósitos feitos destes materiais e combinações destes materiais são descritos.
[00138] Alguns dos materiais fibrosos descritos aqui são fácil de
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24/68 dispersar em uma resina, como uma resina termoplástica, e podem vantajosamente modificar a reologia da resina em um modo consistente e atribuível, resultando em combinações de resina/materiais fibrosos que podem ser, por exemplo, mais fáceis de moldar e extrusar. Muitos dos materiais fibrosos densificados descritos aqui, como aqueles em forma de pélete ou de fatia, podem ser mais fáceis de manipular, alimentar na maquinaria, transportar, e misturar com outros materiais. Muitos dos compósitos descritos aqui têm propriedades mecânicas excelentes, como resistência à abrasão, resistência à compressão, resistência à fratura, resistência ao impacto, resistência à flexão, módulo elástico, módulo flexional e alongamento à fratura. Muitos dos compósitos, e especialmente muitos dos compósitos reticulados, têm uma tendência reduzida de quebrar e/ou rachar em baixas temperaturas e estabilidade intensificada em temperaturas altas e resistência química. Alguns dos compósitos perfumados, como compósitos substituídos de madeira, podem alvoroçar interesse em um ponto de compra, e pode permitir oportunidades incomuns de marca e comercialização. Muitos compósitos descritos têm propriedades visuais únicas, agradáveis e até mesmo admiráveis.
MATERIAIS FIBROSOS
[00139] Em geral, materiais fibrosos são derivados de uma ou mais fontes de fibra, por exemplo, cisalhando uma fonte de fibra para liberar o material fibroso.
[00140] Referindo à Figura 1, uma fonte de fibra 10 é cisalhada, por exemplo, em um cortador de faca rotativo, para fornecer um primeiro material fibroso 12. Este material fibroso pode ser usado como fornecido, por exemplo, para fazer materiais fibrosos densificados e/ou compósitos, ou o primeiro material fibroso 12 pode ser passado através de uma primeira tela 16 tendo um tamanho de abertura médio de 1,59 mm ou menos (1/16 polegada, 0,0625 polegada) para fornecer um segundo material fibroso 14. Se desejado, fonte de fibra 10 pode ser cortada antes
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25/68 do cisalhamento, por exemplo, com um desfibrador. Por exemplo, quando um papel for usado como a fonte de fibra 10, o papel pode ser cortado primeiro em tiras que são, por exemplo, 0,64 a 1,27 cm (1/4 - 1/2 polegada) de largura, usando um desfibrador, por exemplo, um desfibrador de parafuso contragiratório, como aqueles fabricados por Munson (Utica, N. Y.).
[00141] Em algumas modalidades, o cisalhamento da fonte de fibras 10 e a passagem do primeiro material fibroso 12 através de primeira tela 16 são executados simultaneamente. O cisalhamento e a passagem podem também ser executadas em um processo do tipo batelada.
[00142] Por exemplo, um cortador de faca rotativo pode ser usado para simultaneamente cisalhar a fonte de fibra 10 e peneirar o primeiro material fibroso 12. Referindo à Figura 2, um cortador de faca rotativo 20 inclui um depósitoalimentador 22 que pode ser carregado com uma fonte de fibras rasgadas 10' preparada rasgando a fonte de fibra 10. Fonte de fibras rasgadas 10' é cisalhada entre as lâminas estacionárias 24 e lâminas giratórias 26 para fornecer um primeiro material fibroso 12. Primeiro material fibroso 12 passa através da tela 16 tendo as dimensões descritas acima, e o segundo material fibroso resultante 14 é capturado na caixa 30. Para auxiliar na coleta do segundo material fibroso 14, caixa 30 pode ter uma pressão abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos 10 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, por exemplo, pelo menos 25 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, pelo menos 50 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, ou pelo menos 75 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal. Em algumas modalidades, uma fonte de vácuo 50 é utilizada para manter a caixa abaixo da pressão atmosférica nominal.
[00143] Referindo às Figuras 3-8, em algumas modalidades, o tamanho de abertura médio da primeira tela 16 é menor que 0,79 mm (1/32 polegada, 0,03125 polegada), por exemplo, menor que 0,51 mm (1/50 polegada, 0,02000
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26/68 polegada), menor que 0,40 mm (1/64 polegada, 0,015625 polegada), menor que 0,23 mm (0,009 polegada), menor que 0,20 mm (1/128 polegada, 0,0078125 polegada), menor que 0,18 mm (0,007 polegada), menor que 0,13 mm (0,005 polegada), ou até mesmo menor que menor que 0,10 mm (1/256 polegada, 0,00390625 polegada). Tela 16 é preparada entrelaçando monofilamentos 52 tendo um diâmetro apropriado para dar o tamanho de abertura desejado. Por exemplo, os monofilamentos podem ser feitos de um metal, por exemplo, aço inoxidável. À medida que os tamanhos de abertura ficam menores, demandas estruturais nos monofilamentos podem ficar maiores. Por exemplo, para tamanhos de abertura menores que 0,40 mm, pode ser vantajoso fazer as telas de monofilamentos feitas de um material diferente de aço inoxidável, por exemplo, titânio, liga de titânio, metais amorfos, níquel, tungstênio, ródio, rênio, cerâmicas, ou vidro. Em algumas modalidades, a tela é feita de uma placa, por exemplo uma placa de metal, tendo aberturas, por exemplo, corte na placa usando um laser.
[00144] Em algumas modalidades, o segundo fibroso 14 é cisalhado e passado pela primeira tela 16, ou uma tela de tamanho diferente. Em algumas modalidades, o segundo material fibroso 14 é passado através de uma segunda tela tendo um tamanho de abertura médio igual ou menor que o da primeira tela 16.
[00145] Referindo à Figura 9, um terceiro material fibroso 62 pode ser preparado do segundo material fibroso 14 cisalhando o segundo material fibroso 14 e passando o material resultante através de uma segunda tela 60 tendo um tamanho de abertura médio menor que a primeira tela 16.
[00146] Fontes de fibra adequadas incluem fontes de fibra celulósicas, incluindo papel e produtos de papel como aqueles mostrados nas Figuras 10A (papel polirrevestido) e 10B (papel Kraft), e fontes de fibra lignocelulósica, incluindo madeira, e materiais relacionados à madeira, por exemplo, prancha de partícula. Outras fontes de fibra adequadas incluem fontes de fibra naturais, por exemplo,
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27/68 gramas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, milho, espigas de milho, cascas de arroz, fibras de coco; fontes de fibra altas em teor de celulose, por exemplo, algodão; fontes de fibra sintéticas, por exemplo, estame extrusado (estame orientado ou estame não-orientado) ou fontes de fibra de carbono; fontes de fibra inorgânica; e fontes de fibra de metal. Fontes de fibra naturais ou sintéticas podem ser obtidas de materiais têxteis residuais virgens, por exemplo, sobras ou elas podem ser restos de pós-consumidor, por exemplo, trapos. Quando produtos de papel forem usados como fontes de fibra, eles podem ser materiais virgens, por exemplo, materiais virgens residuais, ou eles podem ser restos de pós-consumidor. Fontes de fibra adicionais foram descritas nas patentes U. S. Nos. 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 e 5.952.105.
[00147] Em modalidades específicas, a fonte de fibra inclui serragem, por exemplo, de moagem, usinagem ou lixação de madeiras duras ou macias. Exemplos de madeiras duras incluem carvalho, bordo, cereja (por exemplo, Cereja brasileira), noz, caoba, cipreste ou pau-rosa. Exemplos de madeiras macias incluem cedro (por exemplo, cedro vermelho e branco), pinheiro, abeto vermelho, abeto (por exemplo, pseudotsuga menzilsii) e madeira vermelha (redwood). Em algumas modalidades é vantajoso usar uma madeira fragrante, como cedro ou madeira vermelha (redwood), porque pode dar uma fragrância ao compósito. Em algumas modalidades, a fragrância é adicionada à serragem. Em algumas modalidades, é vantajoso cisalhar a serragem, por exemplo, usando cortador de faca rotativo, para desaglomerar a serragem.
[00148] Misturas de qualquer uma das fontes de fibra ou materiais fibrosos acima podem ser utilizadas, por exemplo, para fazer os compósitos ou materiais fibrosos densificados.
[00149] Em geral, as fibras dos materiais fibrosos podem ter uma razão de comprimento médio-para-diâmetro relativamente grande (por exemplo, maior que
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20-para-1), até mesmo se elas forem cisalhadas mais de uma vez. Além disso, as fibras dos materiais fibrosos descritas aqui podem ter uma distribuição de comprimento e/ou de razão de comprimento-para-diâmetro relativamente estreita. Sem estar preso a qualquer teoria particular, acredita-se correntemente que a razão de comprimento médio-para-diâmetro relativamente grande e a distribuição de comprimento e/ou de razão de comprimento-para-diâmetro relativamente estreita são, pelo menos em parte, responsáveis pela facilidade na qual os materiais fibrosos são dispersos em uma resina, por exemplo, uma resina termoplástica fundida. É também acreditado que a razão de comprimento médio-para-diâmetro relativamente grande e a distribuição de comprimento e/ou de razão de comprimento-paradiâmetro relativamente estreita são, pelo menos em parte, responsáveis pelas propriedades consistentes dos materiais fibrosos, a modificação de reologia previsível que os materiais fibrosos dão em uma resina, a facilidade na qual as combinações dos materiais fibrosos e resinas são fundidas, extrusadas e moldadas por injeção, a facilidade em que os materiais fibrosos atravessam os canais e aberturas pequenas, frequentemente tortuosas, e os acabamentos de superfície excelentes possíveis com partes moldadas, por exemplo, acabamentos lustrosos e/ou acabamentos substancialmente destituídos de manchas visíveis.
[00150] Como aqui usado, larguras médias de fibra (isto é, diâmetros) são aquelas determinadas opticamente selecionando fortuitamente aproximadamente 5.000 fibras. Comprimentos médios de fibra são corrigidos para comprimentos ponderados de comprimento. Áreas de superfície de BET (Brunauer, Emmet e Teller) são áreas de superfície multipontos, e porosidades são aquelas determinadas através de porosimetria de mercúrio.
[00151] A razão de comprimento médio-para-diâmetro do segundo material fibroso 14 pode ser, por exemplo maior que 10/1, por exemplo, maior que 25/1 ou maior que 50/1. Um comprimento médio do segundo material fibroso 14
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29/68 pode ser, por exemplo, entre cerca de 0,5 mm e 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e 1,0 mm, e uma largura média (isto é, diâmetro) do segundo pode ser material fibroso 14, por exemplo, entre cerca de 5 pm e 50 pm, por exemplo, entre cerca de 10 pm e 30 pm.
[00152] Em algumas modalidades, um desvio-padrão do comprimento do segundo material fibroso 14 é menor que 60 por cento de um comprimento médio do segundo material fibroso 14, por exemplo, menor que 50 por cento do comprimento médio, menor que 40 por cento do comprimento médio, menor que 25 por cento do comprimento médio, menor que 10 por cento do comprimento médio, menor que 5 por cento do comprimento médio, ou até mesmo menor que 1 por cento do comprimento médio.
[00153] Em algumas modalidades, uma área de superfície de BET do segundo material fibroso 14 é maior que 0,5 m2/g, por exemplo, maior que 1,0 m2/g, maior que 1,5 m2/g, maior que 1,75 m2/g ou até maior que 5,0 m2/g. Uma porosidade do segundo material fibroso 14 pode ser, por exemplo, maior que 70 por cento, por exemplo, maior que 80 por cento, maior que 85 por cento ou maior que 90 por cento.
[00154] Em algumas modalidades, uma razão da razão de comprimento médio-para-diâmetro do primeiro material fibroso 12 para a razão de comprimento médio-para-diâmetro do segundo material fibroso 14 é, por exemplo, menor que 1,5, por exemplo, menor que 1,4, menor que 1,25, ou até mesmo menor que 1,1.
[00155] Em modalidades particulares, o segundo material fibroso 14 é novamente cisalhado e o material fibroso resultante passado por uma segunda tela tendo um tamanho de abertura médio menor que a primeira tela para fornecer um terceiro material fibroso 62. Em tais circunstâncias, uma razão da razão de comprimento médio-para-diâmetro do segundo material fibroso 14 para a razão de comprimento médio-para-diâmetro do terceiro material fibroso 62 pode ser, por exemplo, menor que 1,5, por exemplo, menor que 1,4, menor que 1,25, ou até
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30/68 mesmo menor que 1,1.
[00156] Em algumas modalidades, o terceiro material fibroso 62 é passado através de uma terceira tela para produzir um quarto material fibroso. O quarto material fibroso pode ser, por exemplo, passado em uma quarta tela para produzir um quinto material. Processos de peneiração similares podem ser repetidos tantas vezes quanto desejado para produzir o material fibroso desejado tendo as propriedades desejadas.
[00157] Em algumas modalidades, o material fibroso desejado inclui fibras tendo uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que 5 e tendo um desvio-padrão do comprimento de fibra que é menor que sessenta por cento do comprimento médio. Por exemplo, a razão de comprimento médio-para-diâmetro pode ser maior que 10/1, por exemplo, maior que 25/1, ou maior que 50/1, e o comprimento médio pode ser entre cerca de 0,5 mm e 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e 1,0 mm. Uma largura média do material fibroso pode ser entre cerca de 5 pm e 50 pm, por exemplo, entre cerca de 10 pm e 30 pm. Por exemplo, o desvio-padrão pode ser menor que 50 por cento do comprimento médio, por exemplo, menor que 40 por cento, menor que 30 por cento, menor que 25 por cento, menor que 20 por cento, menor que 10 por cento, menor que 5 por cento, ou até mesmo menor que 1 por cento do comprimento médio. Um material fibroso desejável pode ter, por exemplo, uma área de superfície de BET maior que 0,5 m2/g, por exemplo, maior que 1,0 m2/g, maior que 1,5 m2/g, maior que 1,75 m2/g., maior que 5 m2/g, ou até maior que 10 m2/g. Um material desejado pode ter, por exemplo, uma porosidade maior que 70 por cento, por exemplo, maior que 80 por cento, maior que 87,5 por cento, maior que 90 por cento, ou até maior que 95 por cento.
[00158] Embora algumas modalidades tenham sido descritas que usam telas para fornecer um material fibroso desejado, em outras modalidades, nenhuma tela é usada para fazer o fibroso desejado. Por exemplo, uma fonte de fibras pode
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31/68 ser cisalhada entre um primeiro par de lâminas que definem um primeiro intervalo, resultando em um primeiro material fibroso. O primeiro material fibroso pode depois ser cisalhado entre um segundo par de lâminas que define um segundo intervalo que é menor que o primeiro intervalo, resultando em um segundo material fibroso.
EXEMPLOS DE MATERIAIS FIBROSOS
[00159] Micrógrafos de elétron de varredura foram obtidos em um microscópio de elétron de varredura de emissão de campo JEOL 65000. Comprimentos e larguras das fibras (isto é, diâmetros) foram determinados por Integrated Paper Service, Inc., Appleton, WI, usando um analisador automatizado (TAPPI T271). Área de superfície de BET é determinada por Micromeritics Analytics Services, como foram a porosidade e densidade aparente.
EXEMPLO 1 - PREPARAÇÃO DE MATERIAL FIBROSO DE PAPEL POLIRREVESTIDO
[00160] Uma pilha de 680,38 kg (1500 libras) de caixas de papelão de suco de meio-galão virgens feitas de papelão Kraft branco polirrevestido nãoimpresso tendo uma densidade aparente de 9,1 kg/0,028 m3 (20 lb/ft3) foi obtido de International Paper. Cada caixa de papelão foi dobrada achatada, e depois alimentada em um desfibrador de Flinch Baugh de 3 hp a uma taxa de aproximadamente 6,80 a 9,07 kg por hora (15 a 20 libras por hora). O desfibrador foi equipado com duas lâminas rotativas de 30,48 cm (12 polegadas), duas lâminas fixas e uma tela de descarga de 0,76 cm (0,30 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado em 0,254 mm (0,10 polegada). A saída do desfibrador se assemelhou a confete tendo uma largura de entre 0,25 cm (0,1 polegada) e 1,27 cm (0,5 polegada), um comprimento de entre 0,63 cm (0,25 polegada) e 2,54 cm (1 polegada) e uma espessura equivalente à do material de partida (cerca de 0,191 cm (0,075 polegada)). O material parecido com confete foi alimentado em um cortador de faca rotativo Munson, Modelo SC30. Modelo SC30 é
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32/68 equipado com quatro lâminas rotativas, quatro lâminas fixas, e uma tela de descarga tendo abertura de 0,318 cm (1/8 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado para aproximadamente 0,051 cm (0,020 polegada). O de cortador de faca rotativo cisalhou os pedaços parecidos com confete ao longo dos gumes, rasgando os pedaços e liberando um material fibroso a uma taxa de cerca de 453,59 g por hora (uma libra por hora). O material fibroso tinha uma área de superfície de BET de 0,9748 m2/g + / - 0,0167 m2/g, uma porosidade de 89,0437 por cento e uma densidade aparente (@0,037 kg/cm2 (0,53 psia)) de 0,1260 g/ml. Um comprimento médio das fibras foi 1,141 mm e uma largura média das fibras foi 0,027 mm, dando um L/D médio de 42:1. Micrógrafos de elétron de varredura do material fibroso são mostrados nas Figuras 11 e 12 em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente.
EXEMPLO 2 - PREPARAÇÃO DE MATERIAL FIBROSO DE PAPELÃO KRAFT ALVEJADO
[00161] Uma pilha de 680,38 kg (1500 libras) de Kraft branco alvejado virgem tendo uma densidade aparente de 480,55 kg/m3 (30 lb/ft3) foi obtido de International Paper. O material foi dobrado achatado, e depois alimentado em um desfibrador de Flinch Baugh de 3 hp a uma taxa de aproximadamente 6,80 a 9,07 kg por hora (15 a 20 libras por hora). O desfibrador foi equipado com duas lâminas rotativas de 30,48 cm (12 polegadas), duas lâminas fixas e uma tela de descarga de 0,76 cm (0,30 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado em 0,254 mm (0,10 polegada). A saída do desfibrador se assemelhou a confete tendo uma largura de entre 0,25 cm (0,1 polegada) e 1,27 cm (0,5 polegada), um comprimento de entre 0,63 cm (0,25 polegada) e 2,54 cm (1 polegada) e uma espessura equivalente à do material de partida (aproximadamente 0,191 cm (0,075 polegada)). O material parecido com confete foi alimentado em um cortador de faca rotativo Munson, Modelo SC30. A tela de descarga tinha abertura de 0,318 cm (1/8
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33/68 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado em aproximadamente 0,051 cm (0,020 polegada). O cortador de faca rotativo cisalhou os pedaços parecidos com confete, liberando um material fibroso a uma taxa de cerca de 453,59 g por hora (uma libra por hora). O material fibroso tinha uma área de superfície de BET de 1,1316 m2/g + / - 0,0103 m2/g, uma porosidade de 88,3285 por cento e uma densidade aparente (@0,037 kg/cm2 (0,53 psia)) de 0,1497 g/ml. Um comprimento médio das fibras foi 1,063 mm e uma largura média das fibras foi 0,0245 mm, dando um L/D médio de 43: 1. Micrógrafos de elétron de varredura são mostrados do material fibroso nas Figuras 13 e 14 em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente.
EXEMPLO 3 - PREPARAÇÃO DE MATERIAL FIBROSO CISALHADO DUAS VEZES DE PAPELÃO KRAFT ALVEJADO
[00162] Uma pilha de 680,39 kg (1500 libras) de Kraft branco alvejado virgem tendo uma densidade aparente de 480,55 kg/m3 (30 lb/ft3) foi obtida de International Paper. O material foi dobrado achatado, e depois alimentado em um desfibrador de Flinch Baugh de 3 hp a uma taxa de aproximadamente 6,80 a 9,07 kg por hora (15 a 20 libras por hora). O desfibrador foi equipado com duas lâminas rotativas de 30,48 cm (12 polegadas), duas lâminas fixas e uma tela de descarga de 0,76 cm (0,30 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado em 0,254 mm (0,10 polegada). A saída do desfibrador se assemelhou a confete (como acima). O material parecido com confete foi alimentado em um cortador de faca rotativo Munson, Modelo SC30. A tela de descarga tinha aberturas de 0,159 cm (1/16 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado em aproximadamente 0,051 cm (0,020 polegada). O cortador de faca rotativo cisalhou os pedaços parecidos com confete, liberando um material fibroso a uma taxa de cerca de 453,59 g por hora (uma libra por hora). O material que é o resultado do primeiro cisalhamento foi alimentado de volta na mesma organização descrita acima
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34/68 e cisalhado novamente. O material fibroso resultante tinha uma área de superfície de BET de 1,4408 m2/g + / - 0,0156 m2/g, uma porosidade de 90,8998 por cento e uma densidade aparente (@0,037 kg/cm2 (0,53 psia)) de 0,1298 g/ml. Um comprimento médio das fibras foi 0,891 mm e uma largura média das fibras foi 0,026 mm, dando um L/D médio de 34:1. Micrógrafos de elétron de varredura são mostrados do material fibroso nas Figuras 15 e 16 em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente.
EXEMPLO 4 - PREPARAÇÃO DE MATERIAL FIBROSO DE PAPELÃO KRAFT ALVEJADO CISALHADO TRÊS VEZES
[00163] Uma pilha de 680,38 kg (1500 libras) de Kraft branco alvejado virgem tendo uma densidade aparente de 480,55 kg/m3 (30 lb/ft3) foi obtida de International Paper. O material foi dobrado achatado, e depois alimentado em um desfibrador de Flinch Baugh de 3 hp a uma taxa de aproximadamente 6,80 a 9,07 kg por hora (15 a 20 libras por hora). O desfibrador foi equipado com duas lâminas rotativas de 30,48 cm (12 polegadas), duas lâminas fixas e uma tela de descarga de 0,76 cm (0,30 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado em 0,254 mm (0,10 polegada). A saída do desfibrador se assemelhou a confete (como acima). O material parecido com confete foi alimentado em um cortador de faca rotativo Munson, Modelo SC30. A tela de descarga tinha aberturas de 0,318 cm (1/8 polegada). O intervalo entre as lâminas rotativas e fixas foi ajustado em aproximadamente 0,051 cm (0,020 polegada). O cortador de faca rotativo cisalhou os pedaços parecidos com confete ao longo dos gumes. O material que é o resultado do primeiro cisalhamento foi alimentado de volta na mesma organização e a tela foi substituída com uma tela de 0,159 cm (1/16 polegada). Este material foi cisalhado. O material que é o resultado do segundo cisalhamento foi alimentado de volta na mesma organização e a tela foi substituída com uma tela de 0,079 cm (1/32 polegada). Este material foi cisalhado. O material fibroso resultante tinha uma área
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35/68 de superfície de BET de 1,6897 m2/g + / - 0,0155 m2/g, uma porosidade de 87,7163 por cento e uma densidade aparente (@0,037 kg/cm2 (0,53 psia)) de 0,1448 g/ml. Um comprimento médio das fibras foi 0,824 mm e uma largura média das fibras foi 0,0262 mm, dando um L/D médio de 32:1. Micrógrafos de elétron de varredura do material fibroso são mostrados nas Figuras 17 e 18 em ampliação de 25 X e ampliação de 1000 X, respectivamente.
DENSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS FIBROSOS
[00164] Referindo à Figura 19, uma fonte de fibra é convertida em um material fibroso. O material fibroso é subsequentemente densificado. Um aglutinante e, opcionalmente, outros aditivos, como agentes de enchimento e materiais antiestáticos, são adicionados ao material fibroso antes da densificação. O material fibroso com aglutinante e qualquer aditivo desejado ou agentes de enchimento são densificados por aplicação de pressão, por exemplo, passando o material fibroso através de uma garra definida entre os rolos de pressão contragiratórios passando o material fibroso através de um moinho de pélete, ou compondo o material fibroso e aglutinante em uma extrusora (por exemplo, uma extrusora de parafuso simples ou de parafuso duplo). Durante a aplicação de pressão, o calor pode opcionalmente ser aplicado para auxiliar na densificação do material fibroso.
[00165] A fonte de fibra pode ser convertida no material fibroso, por exemplo, através de dispositivos mecânicos, por exemplo, cortando ou cisalhando a fonte de fibra, como debatido acima.
[00166] Quaisquer dos materiais fibrosos debatidos acima e outros podem ser densificados. Por exemplo, as fibras do material fibroso podem ter, por exemplo, uma razão de comprimento médio-para-diâmetro (L/D) maior que 3, por exemplo, 5, 6, 7, 8, 10, 10, 25, 50, ou mais, por exemplo.
[00167] Em algumas modalidades, as fibras do material fibroso têm um comprimento médio, por exemplo, de 0,25 mm ou mais, por exemplo, 0,3 mm, 0,5
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36/68 mm, 0,75 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm ou mais, por exemplo, 10 mm, e uma dimensão transversal máxima maior que 0,05 mm, por exemplo, 0,075 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm ou mais, por exemplo, 1 mm. Se desejado, as fibras do material fibroso podem ser separadas, por exemplo, peneirando, em frações tendo razões de L/D diferentes.
[00168] Em algumas modalidades, o material fibroso antes da densificação tem uma densidade aparente de menos que 0,25 g/cm3, por exemplo, 0,20 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 ou menos, por exemplo, 0,025 g/cm3. Densidade aparente é determinada usando ASTM D1895B. Brevemente, o método envolve encher um cilindro medidor de volume conhecido com uma amostra e obter um peso da amostra. A densidade aparente é calculada dividindo o peso da amostra em gramas pelo volume conhecido do cilindro em centímetros cúbicos.
[00169] O material fibroso pode ser opcionalmente tratado, por exemplo, quimicamente tratado ou tratado a vapor, para transmitir as fibras do material fibroso lipofílico, lipofóbico, mais aderente, e/ou mais dispersáveis ou processáveis. Por exemplo, o material fibroso pode ser tratado com plasma ou quimicamente tratado com, por exemplo, silanos.
[00170] Os aglutinantes preferidos incluem aglutinantes que são solúveis em água, inchados por água, ou que tem uma temperatura de transição vítrea de menos 25°C, como determinado por calorimetria diferencial de varredura. Por aglutinantes solúveis em água, quer-se dizer aglutinantes tendo uma solubilidade de pelo menos cerca de 0,05 por cento em peso em água. Por aglutinantes intumescíveis em água, quer-se dizer aglutinantes que aumentam em volume por mais que 0,5 por cento em exposição à água.
[00171] Em algumas modalidades, os aglutinantes que são solúveis ou inchados em água incluem um grupo funcional que é capaz de formar uma ligação, por exemplo, uma ligação de hidrogênio, com as fibras do material fibroso, por
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37/68 exemplo, material fibroso celulósico. Por exemplo, o grupo funcional pode ser um grupo ácido carboxílico, um grupo carboxilato, um grupo carbonila, por exemplo, de um aldeído ou uma cetona, um grupo ácido sulfônico, um grupo sulfonato, um grupo ácido fosfórico, um grupo fosfato, um grupo amida, um grupo amina, um grupo hidroxila, por exemplo, de um álcool, e combinações destes grupos, por exemplo, um grupo ácido carboxílico e um grupo hidroxila. Exemplos monoméricos específicos incluem glicerina, glioxal, ácido ascórbico, ureia, glicina, pentaeritritol, um monossacarídeo ou um dissacarídeo, ácido cítrico e ácido tartárico. Sacarídeos adequados incluem glicose, sacarose, lactose, ribose, frutose, manose, arabinose e eritrose. Exemplos poliméricos incluem poliglicóis, óxido de polietileno, ácidos policarboxílicos, poliamidas, poliaminas e polissulfonatos de ácidos polissulfônicos. Exemplos poliméricos específicos incluem polipropileno glicol (PPG), polietileno glicol (PEG), óxido de polietileno, por exemplo, POLYOX®, copolímeros de óxido de etileno e óxido de propileno, ácido poliacrílico (PAA), poliacrilamida, polipeptídeos, polietilenimina, polivinilpiridina, poli(sódio-4-estirenossulfonato) e poli(ácido 2acrilamido-metil-1-propanossulfônico).
[00172] Em algumas modalidades, o aglutinante inclui um polímero tendo uma temperatura de transição vítrea de menos que 25°C. Exemplos de tais polímeros incluem elastômeros termoplásticos (TPEs). Exemplos de TPEs incluem amidas de bloco de poliéter, como aquelas disponíveis sob o nome comercial PEBAX, elastômeros de poliéster, como aqueles disponíveis sob o nome comercial HYTREL®, e copolímeros estirênicos de bloco, como aqueles disponíveis sob o nome comercial KRATON®. Outros polímeros adequados tendo uma temperatura de transição vítrea de menos que 25°C incluem copolímero de etileno-acetato de vinila (EVA), poliolefinas, por exemplo, polietileno, polipropileno, copolímeros de etilenopropileno e copolímeros de etileno e alfa olefinas, por exemplo, 1-octeno, como aqueles disponíveis sob o nome comercial ENGAGE®. Em algumas modalidades,
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38/68 por exemplo quando a fonte de fibra usada para fazer o material fibroso incluir papel polirrevestido, o material fibroso é densificado sem a adição de um polímero de temperatura de transição vítrea baixa separado. Por exemplo, material fibroso feito de papel polirrevestido pode ser densificado aquecendo para acima de cerca de 50°C, por exemplo, 75°C, 80°C, 90°C, 100°C ou mais alto, por exemplo, 125°C, e aplicando pressão durante o aquecimento, por exemplo, pressão maior que cerca de 22,67 kg/6,45 cm2 (50 lb/pol2), por exemplo, 45,35 kg/6,45 cm2 (100 lb/pol2), 113,39 kg/6,45 cm2 (250 lb/pol2), 226,79 kg/6,45 cm2 (500 lb/pol2), 453,59 kg/6,45 cm2 (1000 lb/pol2) ou mais alta, por exemplo, 1.133,98 kg/6,45 cm2 (2500 lb/pol2).
[00173] Em uma modalidade particular, o aglutinante é uma lignina, por exemplo, uma lignina natural ou sinteticamente modificada.
[00174] Em algumas modalidades, a fonte de fibra usada para fazer o material fibroso já inclui um aglutinante de forma que nenhum aglutinante adicional necessita ser adicionado para realizar densificação.
[00175] O aglutinante pode servir para outras funções além de ligar o material fibroso. Por exemplo, quando o material fibroso densificado for usado para fazer compósitos, o aglutinante pode agir como um auxiliar de compatibilidade ou acoplamento, ajudando a compatibilizar a resina do compósito e do material fibroso. Exemplos específicos de tais aglutinantes incluem polímeros modificados que foram funcionalizados, por exemplo, com anidrido maléico. Polímeros enxertados com anidrido maléico estão disponíveis de DuPont® sob o nome comercial FUSABOND®. Outros exemplos específicos incluem terpolímeros de acrilato de etileno monóxido de carbono modificados e acetatos de vinila de etileno (EVAs), também disponíveis de DuPont®. Se desejado, o aglutinante pode incluir uma fragrância ou um cheiro.
[00176] Uma quantidade adequada de aglutinante adicionada ao material fibroso, calculado em uma base de peso seco, é, por exemplo, de cerca de 0,01 por cento a cerca de 50 por cento, por exemplo, 0,03 por cento, 0,05 por cento,
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0,1 por cento, 0,25 por cento, 0,5 por cento, 1,0 por cento, 5 por cento, 10 por cento ou mais, por exemplo, 25 por cento, com base em um peso total do material fibroso densificado. O aglutinante pode ser adicionado ao material fibroso como um puro, líquido puro, como um líquido tendo nele dissolvido o aglutinante, como um pó seco do aglutinante, ou como péletes do aglutinante.
[00177] Em outras modalidades, a quantidade de aglutinante adicionada ao material fibroso é maior que 50 por cento (calculada em uma base de peso seco), por exemplo, maior que 55 por cento, maior que 60 por cento, maior que 65 por cento, maior que 75 por cento, ou até maior que 85 por cento. Estas modalidades podem ter, por exemplo, menos que 90 por cento polímero (por exemplo, um polímero termoplástico).
[00178] O material fibroso, após densificação, pode estar na forma de péletes (Figura 20) ou fatias tendo uma variedade de formas, a forma desejada é, em parte, dependente da aplicação. Por exemplo, quando os péletes ou fatias forem misturadas a seco com uma resina, e depois a mistura plasticizada e moldada para formar partes de compósito, é frequentemente conveniente para os péletes ou fatias ser cilíndricos em forma, por exemplo, tendo uma dimensão transversal máxima de, por exemplo, 1 mm ou mais, por exemplo, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm, 15 mm ou mais, por exemplo, 25 mm. Outra forma conveniente por fazer compósitos inclui péletes ou fatias que são forma semelhante à placa, por exemplo, tendo uma espessura de 1 mm ou mais, por exemplo, 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm ou mais, por exemplo, 25 mm; uma largura de, por exemplo, 5 mm ou mais, por exemplo, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm ou mais, por exemplo, 50 mm; e um comprimento de 5 mm ou mais, por exemplo, 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm ou mais, por exemplo, 50 mm.
[00179] Referindo agora às Figuras 20A e 20B, os péletes podem ser feitos mediante extrusão através de uma matriz tendo uma porção central sólida de
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40/68 modo que o pélete correspondente tenha uma parte oca dentro. Como mostrado, a parte oca pode ser em geral alinhada com o centro da pélete (Figura 20A), ou desalinhada com o centro do pélete (Figura 20B). Fazendo o pélete oco por dentro pode diminuir o tempo de refrigeração necessário para completamente compor o pélete, e pode, portanto, aumentar a velocidade da formação de pélete. Cada pélete pode ser o mesmo ou diferente corte transversal.
[00180] Referindo agora à Figura 20C, o pélete pode ter, por exemplo, uma forma transversal que é multilobal, por exemplo, trilobal como mostrado, ou tetralobal, pentalobal, hexalobal ou decalobal. Fazendo as péletes em tais formas transversais pode diminuir o tempo de refrigeração.
[00181] Como debatido acima, os péletes podem ser usados, por exemplo, para formar compósitos. Os péletes ou fatias podem também ser usados como se encontram, por exemplo, como absorventes ou matrizes de liberação controlada. Como matrizes de liberação controlada, os péletes ou fatias podem ser usadas, por exemplo, para fertilizar grama, liberar fármacos ou biocidas, ou liberar fragrâncias. Como absorventes, os péletes ou fatias podem ser usados, por exemplo, como roupa de cama de animal de estimação, material de empacotamento ou em sistemas de controle da poluição. Em modalidades onde os péletes ou fatias são usados como matrizes de liberação controlada, os péletes ou fatias podem incluir um polímero, por exemplo, um material degradante. Polímeros degradantes representativos incluem ácidos polihidróxi, por exemplo, polilactídeos, poliglicolídeos e copolímeros de ácido láctico e ácido glicólico, ácido poli(hidroxibutírico), ácido poli(hidroxivalérico), poli[lactídeo-co-(s-caprolactona)], poli[glicolídeo-co-(scaprolactona)], policarbonatos, poli(aminoácidos), poli(hidroxialcanoatos), polianidridos, poliortoésteres e misturas destes polímeros.
[00182] O material fibroso densificado, junto com uma resina, pode ser usado para formar artigos como canos, painéis, materiais de cobertura, pranchas,
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41/68 invólucros, folhas, blocos, tijolos, postes, cerca, membros, portas, venezianas, toldos, cortinas, tendas, estruturas, esquadrias de janela, espaldares, pavimento, azulejos, travas de via férrea, bandejas, cabos de ferramenta, barracas, filmes, envolturas, fitas, caixas, cestas, prateleiras, compartimentos, aglutinantes, divisores, paredes, tapetes, estruturas, estantes de livros, esculturas, cadeiras, mesas, escrivaninhas, brinquedos, jogos, paletas, desembarcadouros, cais, barcos, mastros, tanques sépticos, painéis automotivos, gabinetes de computador, caixas elétricas acima e abaixo do solo, mobília, mesas de piquenique, bancos, abrigos, bandejas, cabides, travessas, esquifes, capas de livro, bengalas e muletas.
[00183] Os péletes ou fatias têm uma variedade de densidades, a densidade desejada, em parte, dependendo da aplicação. Por exemplo, quando os péletes ou fatias forem usados para fazer compósitos, os péletes ou fatias podem ter, por exemplo, uma densidade de cerca de 0,11 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,20 g/cm3, 0,25 g/cm3, 0,3 g/cm3, 0,4 g/cm3, 0,5 g/cm3, 0,6 g/cm3, ou mais, por exemplo, 0,8 g/cm3. Quando usados para fazer compósitos, é frequentemente vantajoso selecionar uma densidade de modo que os péletes se desprendam sob cisalhamento e/ou calor para liberar o material fibroso do qual o pélete ou fatia é formado. Para muitas aplicações, o material fibroso densificado pode ser substituído por material fibroso uma vez que o material fibroso densificado é convertido de volta em um material fibroso dentro de um dispositivo de processamento, por exemplo, uma extrusora ou uma máquina de moldagem por injeção.
[00184] Referindo à Figura 21, um material fibroso tendo uma baixa densidade aparente pode ser densificado de modo revertível sem usar um aglutinante para um material fibroso tendo uma densidade aparente mais alta. Por exemplo, um material fibroso tendo uma densidade aparente de 0,05 g/cm3 pode ser densificado vedando o material fibroso em um saco impermeável a ar, e depois evacuando o ar do saco. Após evacuação relativamente do ar do saco, o material
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42/68 fibroso pode ter, por exemplo, uma densidade aparente maior que 0,3 g/cm3, por exemplo, 0,5 g/cm3, 0,6 g/cm3, 0,7 g/cm3 ou mais, por exemplo, 0,85 g / cm3. Isto pode ser vantajoso quando for desejável transportar o material fibroso para outra localização, por exemplo, uma instalação de fabricação remota, antes da densificação do material fibroso com um aglutinante. Após perfurar o saco impermeável a ar, o material fibroso densificado reverte para quase sua densidade aparente inicial, por exemplo, maior que 60 por cento de sua densidade aparente inicial, por exemplo, 70 por cento, 80 por cento, 85 por cento ou mais, por exemplo, 95 por cento de sua densidade aparente inicial. Para reduzir eletricidade estática no material fibroso, um agente antiestático pode ser adicionado ao material fibroso. Por exemplo, um composto antiestático químico, por exemplo, um composto catiônico, por exemplo, composto de amônio quaternário, pode ser adicionado ao material fibroso. Estático no material fibroso pode também ser reduzido, por exemplo, através de indução, trituração ou ionização.
[00185] A Figura 22 explica a operação de gerar um material fibroso e tratar o dispositivo 70. Folha de papel 73, por exemplo, folha de papel kraft alvejado residual, é provida de um rolo 72 e liberada para um aparelho de fibrilação 74, como um cisalhador rotativo. A folha 73 é convertida em material fibroso 12' e é liberada para uma zona de carregamento de fibra 80 através do transportador 78. Se desejado, as fibras podem ser separadas do material fibroso, por exemplo, peneirando, em frações tendo razões de L/D diferentes. Em algumas modalidades, o material fibroso 12' é liberado continuamente para a zona 80, e em outras modalidades, o material fibroso é liberado em bateladas. Soprador 82 na alça 84 é posicionado adjacente à zona de carregamento de fibra 80 e é capaz de mudar um meio gasoso, por exemplo, ar, em uma velocidade e volume suficientes para circular o material fibroso 12' em uma direção indicada pela seta 88 através da alça 84.
[00186] Em algumas modalidades, a velocidade de ar que percorre na
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43/68 alça é suficiente para uniformemente dispersar e transportar o material fibroso ao redor da alça 84 inteira. Em algumas modalidades, a velocidade de fluxo é maior que 12,7 m/s (2.500 pés/minuto), por exemplo, 25,4 m/s (5.000 pés/minuto), 30,5 m/s (6.000 pés/minuto) ou mais, por exemplo, 38,1 m/s (7.500 pés/minuto).
[00187] O material fibroso 12' capturado atravessando a alça passa através da zona de aplicação de aglutinante 90, que faz parte da alça 84, onde o aglutinante é aplicado. Em operação, zona de aplicação de aglutinante 90 aplica uma solução de aglutinante líquido 96 ao material fibroso circulante por meio de bicos 98, 99 e 100. Os bicos produzem uma pulverização atomizada ou névoa de material de aglutinante que causa impacto e reveste as fibras à medida que as fibras passam na proximidade dos bicos. Válvula 102 é operada para controlar o fluxo de material de aglutinante líquido para os respectivos bicos 98, 99, e 100). Após uma quantidade desejada de material de aglutinante ser aplicada, a válvula 102 é fechada.
[00188] Em algumas modalidades, a zona de aplicação de aglutinante 90 é 0,61 m a 30,5 m (dois a cem pés) de comprimento ou mais, por exemplo, 38,1 m (125 pés), 42,72 m (150 pés), 76,20 m (250 pés) de comprimento ou mais, por exemplo, 152,4 m (500 pés) de comprimento. Zonas de aplicação de aglutinante mais longas permitem aplicação de aglutinante em um período mais longo de tempo durante a passagem do material fibroso 12' através da zona de aplicação 90. Em algumas modalidades, os bicos são espaçados um do outro cerca de 91,44 a cerca de 121,92 cm (cerca de três a cerca de quatro pés) ao longo do comprimento de alça 84.
[00189] Em algumas modalidades, o aglutinante fornece um revestimento em uma parte substancial maior da área de superfície de cada fibra do material fibroso 12', por exemplo, cinquenta por cento ou mais, por exemplo, sessenta por cento, setenta por cento, setenta cinco por cento ou mais, por exemplo,
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44/68 oitenta por cento. Em algumas modalidades, o aglutinante forma um revestimento que é cerca de 1 mícron de espessura ou menos, por exemplo, 0,5, 0,3 mícron ou menos, por exemplo, 0,1 mícron.
[00190] Quaisquer dos aditivos e/ou agentes de enchimento descritos aqui podem opcionalmente ser adicionados à alça 84 de uma provisão 106 durante a circulação do material fibroso 12' para formar uma mistura de fibras e aditivos.
[00191] Em algumas modalidades, seguindo a aplicação do material de aglutinante líquido ao material fibroso 12', o material 110 fibroso revestido é removido da alça 84 por meio de um separador 112 que é seletivamente conectado à alça 84 pela seção 114 e válvula de passagem 116. Quando válvula 116 é aberta, outra válvula 120 é também aberta para permitir ar entrar na alça 84 para compensar o ar que sai através do separador 112. Com o separador 112 na alça, o material fibroso revestido é colhido no separador 112, e depois removido do separador através da saída 122.
[00192] Em algumas modalidades, o material fibroso é secado com um aquecedor 130 opcional antes do material ser removido da alça 84. Por exemplo, ar aquecido pode ser misturado com o ar que flui através do conduíte para acelerar a secagem do líquido, por exemplo, água em que o aglutinante é incorporado.
[00193] O material fibroso revestido é transferido livremente da saída 122 sobre um transportador 132 onde é transferido para a estação de densificação 150 mostrada na Figura 23 ou estação de densificação 200 mostrada na Figura 24.
[00194] Referindo à Figura23, o material fibroso revestido 110 do acima é liberado de uma caixa superior 152 através de uma fenda 154 e sobre uma tela 156, por exemplo, uma tela de Fourdrinier. Água de excesso é tirada do material fibroso revestido 110 depositado na tela 156 por um sistema de vácuo convencional sob a tela (não mostrado), deixando o material fibroso não-densificado depositado 160 que inclui o aglutinante. O material fibroso não-densificado 160 é depois
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45/68 transferido para dois conjuntos de rolos calandrados 162, 164, cada um definindo uma respectiva garra através da que os materiais fibrosos passam. Após atravessar as garras, o material densificado não-secado 170 entra em uma seção de secagem 180 onde é secado, e depois é cortado em pélete ou forma de fatia.
[00195] Em uma modalidade alternativa, o material fibroso densificado pode ser feito em um moinho de pélete. Referindo à Figura 24, um moinho de pélete 200 tem um depósito-alimentador 201 para reter o material fibroso não-densificado 110. O depósito-alimentador 201 comunica com uma verruma 204 que é acionada por motor de velocidade variável 206 de forma que material fibroso não-densificado 110 pode ser transportado para um condicionador 210 que agita o material nãodensificado 110 com pás 212 que são giradas através de motor condicionador 214. Outros ingredientes, por exemplo, quaisquer dos aditivos e/ou agentes de enchimento descritos aqui, podem ser adicionados na entrada 220. Se desejado, calor pode ser adicionado enquanto o material fibroso estiver no condicionador 210.
[00196] Após condicionado, os materiais fibrosos passam do condicionador 210 através de uma canaleta de descarga 222, e para outra verruma 224. A canaleta de descarga 222, como controlada pelo atuador 223, permite passagem desobstruída do material fibroso do condicionador 210 para a verruma 224. Verruma 224 é girada através do motor 230, e controla a alimentação do material fibroso para o conjunto de matriz e laminador 232. Especificamente, o material fibroso é introduzido em uma parte oca, matriz cilíndrica 240 que gira em volta de um eixo geométrico horizontal e tendo orifícios de matriz radialmente se estendendo 250. Matriz 240 é girado em volta do eixo geométrico pelo motor 242 que inclui uma medida de cavalo-vapor, indicando potência total consumida pelo motor 242.
[00197] Um conjunto de laminadores 256 rola em volta da circunferência interna da matriz 240, ao redor do eixo geométrico paralelo àquele da matriz 240,
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46/68 para comprimir o material fibroso através dos orifícios de matriz 250, formando péletes 300 que caem da calha 301 e que são capturadas e encaixotadas.
[00198] O material fibroso debatido acima pode ser densificado usando outros métodos. Por exemplo, referindo à Figuras 25 e 25A, um aparelho 310 pode ser usado para formar um material fibroso densificado 311, por exemplo, um compósito, por exemplo, um papelão prensado. Como mostrado, o material fibroso densificado 311 é formado de uma combinação de material fibroso-aglutinante 313 laminando a combinação de material fibroso-aglutinante 313 entre os membros 312 e 314. Laminação é realizada, por exemplo, aplicando pressão sozinha ou aplicando calor e pressão a um compósito descompactado 322. A combinação de material fibroso-aglutinante 313 pode opcionalmente incluir quaisquer dos aditivos debatidos acima.
[00199] Aparelho 310 inclui primeiro e segundo membros 312 e 314 providos de rolos 321 e 323, respectivamente, e um depósito-alimentador 320 para reter o material fibroso, aglutinante e qualquer aditivo. O material fibroso, aglutinante e qualquer aditivo são liberados entre os membros 312 e 314 para formar um compósito descompactado 322. O compósito descompactado 322 é depois passado através de uma série de rolos aquecidos 330, 332, 334, 336, 338, 340 e 342 que definem uma via serpentina, e depois através de rolos de pressão 350, 352 e 354, 356 para produzir o compósito 311. Os agitadores podem ser fornecidos dentro de depósito-alimentador 320 para assegurar que o material fibroso, aglutinante e qualquer aditivo não entupa ou suje a operação de alimentação. O compósito descompactado 322 é parcialmente densificado atravessando a via serpentina definida pelos rolos aquecidos 330, 332, 334, 336, 338 e 340, e depois é completamente densificado para formar o compósito 311 atravessando os rolos de pressão 350, 352 e 354, 356.
[00200] Em algumas modalidades, a fonte de fibra usada para fazer o
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47/68 material fibroso já inclui um aglutinante. Em um tal caso, nenhum aglutinante adicional necessita ser adicionado para realizar densificação. Por exemplo, quando a fonte de fibra usada para fazer o material fibroso incluir papel polirrevestido, o material fibroso é densificado sem a adição de um aglutinante separado, por exemplo, um polímero de temperatura de transição vítrea baixa.
[00201] Rolos de pressão 354, 356 podem ser girados de forma que cada tem uma velocidade de superfície maior que cada rolo de pressão 350, 352. Em uma tal configuração, o material fibroso densificado é esticado entre os rolos de pressão 350, 352 e rolos de pressão 354, 356. Em algumas implementações, estirar o material fibroso densificado é desejável porque estiramento pode melhorar muitas propriedades mecânicas do compósito, por exemplo, módulo flexional, resistência à flexão e resistência à tração.
[00202] Os membros, por exemplo, redes, podem ser feitos, por exemplo, de papel polirrevestido, filme de plástico, matéria-prima de plástico ou um material de forro têxtil, por exemplo, um material de forro têxtil tecido ou não-tecido. Quando for desejável minimizar a quantidade de material de membro no material fibroso densificado, uma espessura T1 e T2 de membros 312 e 314, respectivamente, pode ser, por exemplo, menos que 0,127 cm (0,050 polegada), por exemplo, 0,102 cm (0,040 polegada), 0,064 cm (0,025 polegada), 0,051 cm (0,020 polegada), 0,025 cm (0,010 polegada), 0,013 cm (0,005 polegada) ou menos, por exemplo, 0,064 cm (0,0025 polegada). Quando for desejável maximizar as propriedades mecânicas do material fibroso densificado, a espessura T1 e T2 dos membros 312 e 314, respectivamente, podem ser maiores que 0,127 cm (0,050 polegada), por exemplo, 0,152 cm (0,060 polegada), 0,165 cm (0,065 polegada), 0,191 cm (0,075 polegada), 0,216 cm (0,085 polegada), 0,254 cm (0,100 polegada), 0,381 cm (0,150 polegada), 0,635 cm (0,250 polegada), 1,90 cm (0,75 polegada) ou mais, por exemplo, 5,08 cm (2,00 polegadas).
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[00203] Em algumas implementações, os rolos 330, 332, 334, 336, 338 e 340 são aquecidos para entre 148,88°C (300°F) a cerca de 260°C (500°F). Em modalidades em que o filme de plástico é usado como um material de membro, estas temperaturas agem para rapidamente amaciar o material polimérico do filme.
[00204] Em algumas implementações, rolos aquecidos 330, 332, 334, 336, 338 e 340 são entre cerca de 12,7 cm (5 polegadas) em diâmetro a cerca de 106,68 cm (42 polegadas) em diâmetro, por exemplo, 254 mm (10 polegadas), 38,1 cm (15 polegadas), 50,8 cm (20 polegadas), 63,5 cm (25 polegadas) ou maior, por exemplo, 91,44 cm (36 polegadas).
[00205] A taxa de alimentação do membro pode ser, por exemplo, entre cerca de 106,7 cm (3,5 pés) por minuto a cerca de 76,2 m (250 pés) por minuto, por exemplo, 7,6 m (25 pés) por minuto, 15,2 m (50 pés) por minuto, 30,48 metros (100 pés) por minuto ou mais alto, por exemplo, 53,3 m (175 pés) por minuto.
[00206] Rolos de pressão 350, 352 e 354, 356 podem ser aquecidos ou não-aquecidos. Quando aquecidos, eles são tipicamente aquecidos a uma temperatura menor que os rolos aquecidos 330, 332, 334, 336, 338 e 340 para permitir os materiais que formarão o material fibroso densificado começar a esfriar e endurecer. Por exemplo, os rolos de pressão 350, 352 e 354, 356 são aquecidos para entre 37,8°C (100°F) a cerca de 148,9°C (300°F). Pressão entre os rolos de pressão é, por exemplo, pelo menos cerca de 226,8 kg (500 libras) por 2,54 centímetros lineares (polegada linear), por exemplo, 453,6 kg (1.000 libras) por 2,54 centímetros lineares (polegada linear), 1.134 kg (2.500 libras) por 2,54 centímetros lineares (polegada linear), 2,268 kg (5.000 libras) por 2,54 centímetros lineares (polegada linear) ou mais, por exemplo, 11,339,8 kg (25.000 libras) por 2,54 centímetros lineares (polegada linear).
[00207] Em algumas implementações, uma espessura T do material fibroso densificado 311 é pelo menos cerca de duas vezes menor que uma
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49/68 espessura T do compósito descompactado 322, por exemplo, três vezes, quatro vezes, cinco vezes ou menos, por exemplo, dez vezes menor. Consequentemente, a densidade aparente do material fibroso densificado é maior que o compósito descompactado. Por exemplo, a densidade do compósito descompactado pode ser, por exemplo, menos que 0,25 g/cm3, por exemplo, 0,20 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 ou menos, por exemplo, 0,025 g/cm3, e a densidade aparente do material fibroso densificado pode ser, por exemplo, maior que cerca de 0,3 g/cm3, por exemplo, 0,4 g/cm3, 0,5 g/cm3, 0,6 g/cm3, ou mais, por exemplo, 0,8 g/cm3.
[00208] Material fibroso esfriado densificado 311 pode ser enrolado ou cortado em folhas. Densificar um material fibroso entre os membros pode ser vantajoso quando for desejável transportar o material fibroso para outra localização, por exemplo, uma instalação de fabricação remota. Após alcançar a outra localização, o material fibroso densificado pode ser reconvertido em um material fibroso por quaisquer dos métodos debatidos aqui.
[00209] Alternativamente, material fibroso densificado esfriado pode ser usado em uma variedade de aplicações. Por exemplo, pode ser usado para acústica, isolamento, membros estruturais, caixas de resistência alta, e paredes de partição.
[00210] Embora as modalidades tenham sido descritas em que um aglutinante é aplicado a um material fibroso pulverizando uma solução de aglutinante, por exemplo, uma solução de aglutinante que contém o aglutinante dissolvido em água, sobre o material fibroso, em algumas modalidades, o aglutinante é aplicado ao material fibroso como líquido puro do aglutinante ou como um pó seco. O aglutinante pode também ser aplicado como um material gasoso.
[00211] Embora as modalidades tenham sido mostradas em que um material fibroso é convertido em uma rede fibrosa densificada, e depois o material fibroso densificado é imediatamente cortado em péletes ou fatias, em algumas
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50/68 modalidades, o material fibroso densificado é colhido primeiro em um rolo. A rede fibrosa densificada pode ser usada, por exemplo, como um material de tapete absorvente, ou pode ser transportado para um sítio de fabricação remoto onde é convertido em péletes ou fatias. O material de rede fibrosa densificada pode ser uma forma conveniente em que na qual para transportar o material fibroso por causa de sua densidade aparente mais alta.
[00212] Embora as modalidades tenham sido descritas em que os membros de camada simples 312 e 314 são usados para formar um material fibroso densificado 311, por exemplo, um compósito, em algumas modalidades, os membros de multi-camadas são usados. Por exemplo, os membros podem cada um ter, por exemplo, duas camadas, três camadas, cinco camadas ou mais, por exemplo, sete camadas. Além disso, embora materiais fibrosos densificados tenham sido descritos em que o material fibroso é intercalado entre dois membros, em algumas modalidades, um material fibroso densificado é feito comprimindo um material fibroso que está sob um membro simples.
EXEMPLOS DE MATERIAIS FIBROSOS DENSIFICADOS
EXEMPLO 5 - PREPARAÇÃO MATERIAL FIBROSO DENSIFICADO DE PAPEL KRAFT ALVEJADO SEM AGLUTINANTE ADICIONADO
[00213] Material fibroso foi preparado de acordo com o Exemplo 2. Aproximadamente 453,6 g (1 lb) de água foi pulverizada sobre cada 4,5 kg (10 lb) de material fibroso. O material fibroso foi densificado usando um California Pellet Mill 1100 operando a 75°C. Os péletes foram obtidos tendo uma densidade aparente variando de cerca de 3,2 kg/0,028 m3 (7 lb/ft3) a cerca de 6,8 kg/0,028 m3 (15 lb/ft3).
EXEMPLO 6 - PREPARAÇÃO DE MATERIAL FIBROSO DENSIFICADO DE PAPEL KRAFT ALVEJADO COM AGLUTINANTE
[00214] Material fibroso foi preparado de acordo com o Exemplo 2.
[00215] Uma solução de matéria-prima de 2 por cento em peso de
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POLYOX® WSR N10 (óxido de polietileno) foi preparada em água.
[00216] Aproximadamente 1 lb (453,6 g) da solução de matéria-prima foi pulverizada sobre cada 4,5 kg (10 lb) de material fibroso. O material fibroso foi densificado usando uma California Pellet Mill 1100 operando a 75°C. Péletes foram obtidos tendo uma densidade aparente variando de cerca de 6,8 kg/0,028 m3 (15 lb/ft3) a cerca de 18,1 kg/0,028 m3 (40 lb/ft3).
COMPÓSITOS DE MATERIAL FIBROSO/RESINA
[00217] Compósitos incluindo quaisquer dos materiais fibrosos acima debatidos (incluindo os materiais fibrosos densificados) ou misturas de qualquer um dos materiais fibrosos acima, por exemplo, o primeiro 12 ou segundo material fibroso 14, e uma resina, por exemplo, uma resina termoplástica ou uma resina de termocura, pode ser preparado combinando o material fibroso desejado e a resina desejada. O material fibroso desejado pode ser combinado com a resina desejada, por exemplo, misturando o material fibroso e a resina em uma extrusora ou outro misturador. Para formar o compósito, o material fibroso pode ser combinado com a resina como o próprio material fibroso ou como um material fibroso densificado que pode ser reaberto durante a combinação.
[00218] Exemplos de resinas termoplásticas incluem termoplásticos rígidos e elastoméricos. Termoplásticos rígidos incluem poliolefinas (por exemplo, copolímeros de polietileno, polipropileno ou poliolefina), poliésteres (por exemplo, tereftalato de polietileno), poliamidas (por exemplo, náilon 6, 6/12 ou 6/10), e polietilenoiminas. Exemplos de resinas termoplásticas elastoméricas incluem copolímeros estirênicos elastoméricos (por exemplo, copolímeros de estirenoetileno-butileno-estireno), elastômeros de poliamida (por exemplo, copolímeros de poliéter-poliamida) e copolímero de etileno-acetato de vinila.
[00219] Em algumas modalidades, a resina termoplástica tem uma taxa de fluxo de fundição de entre 10 g/10 minutos a 60 g/10 minutos por exemplo, entre
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52/68 g/10 minutos a 50 g/10 minutos, ou entre 30 g/10 minutos a 45 g/10 minutos, como medido usando ASTM 1238.
[00220] Em algumas modalidades, misturas compatíveis de qualquer uma das resinas termoplásticas do acima podem ser usadas.
[00221] Em algumas modalidades, a resina termoplástica tem um índice de polidispersidade (PDI), isto é, uma razão do peso molecular médio em peso para o peso molecular médio em número, maior que 1,5, por exemplo, maior que 2,0, maior que 2,5, maior que 5,0, maior que 7,5, ou até maior que 10,0.
[00222] Em modalidades específicas, poliolefinas ou misturas de poliolefinas são utilizadas como a resina termoplástica.
[00223] Exemplos de resinas de termocura incluem borracha natural, butadieno-borracha e poliuretano.
[00224] Em geral, as fibras dos materiais fibrosos podem ter uma razão de comprimento médio-para-diâmetro relativamente grande (por exemplo, maior que 20-para-1), até mesmo se elas forem mais de uma vez cisalhadas. Além disso, as fibras dos materiais fibrosos descritos aqui podem ter uma distribuição de comprimento e/ou de razão de comprimento-para-diâmetro relativamente estreita. Não querendo estar preso por qualquer teoria particular, acredita-se correntemente que a razão de comprimento médio-para-diâmetro relativamente grande e a distribuição de comprimento e/ou de razão de comprimento-para-diâmetro relativamente estreita são, pelo menos em parte, responsáveis pela facilidade na qual os materiais fibrosos são dispersos em uma resina, por exemplo, uma resina termoplástica fundida. É também acreditado que a razão de comprimento médiopara-diâmetro relativamente grande e a distribuição de comprimento e/ou de razão de comprimento-para-diâmetro relativamente estreita são, pelo menos em parte, responsáveis pelas propriedades consistentes dos materiais fibrosos, a modificação de reologia previsível que os materiais fibrosos dão em uma resina, a facilidade na
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53/68 qual as combinações dos materiais fibrosos e resinas são fundidas, extrusadas e moldadas por injeção, a facilidade em que os materiais fibrosos atravessam os canais e aberturas pequenos, frequentemente tortuosos, e os acabamentos de superfície excelentes possíveis com partes moldadas, por exemplo, acabamentos lustrosos e/ou acabamentos substancialmente destituídos de manchas visíveis, quando estes forem desejados.
[00225] Durante a formação do compósito, um agente espumante químico, por exemplo, um agente espumante endotérmico ou exotérmico, pode ser usado, e/ou um gás, por exemplo, nitrogênio ou dióxido de carbono, pode ser injetado na mistura. Isto pode ser vantajoso quando artigos de corte transversal grandes forem formados, por exemplo, para impedir afundamento, reduzir densidade parcial e/ou reduzir tempo de refrigeração. Agente espumante químico está disponível de Clariant Corporation, por exemplo, sob o nome comercial HYDROCEROL®.
ADITIVOS
[00226] Quaisquer dos aditivos a seguir podem ser adicionados aos materiais fibrosos, materiais fibrosos densificados e compósitos descritos aqui. Aditivos, por exemplo, na forma de um sólido, um líquido ou um gás, podem ser adicionados, por exemplo, à combinação de um material fibroso e resina. Aditivos incluem agentes de enchimento como carbonato de cálcio, grafita, wolastonita, mica, vidro, vidro de fibra, sílica, e talco; retardantes de fogo inorgânicos como triidrato de alumina ou hidróxido de magnésio; retardantes de fogo orgânico como compostos orgânicos clorados ou bromados; resíduo de construção moído; borracha de pneu moída; fibras de carbono; ou fibras de metal ou pós (por exemplo, alumínio, aço inoxidável). Estes aditivos podem reforçar, estender ou alterar as propriedades elétricas, mecânicas ou de compatibilidade. Outros aditivos incluem lignina, fragrâncias, agentes de acoplamento, compatibilizantes, por exemplo, polipropileno
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54/68 maleado, auxiliares de processamento, lubrificantes, por exemplo, polietileno fluorado, plasticizantes, antioxidantes, opacificadores, estabilizantes de calor, corantes, agentes espumantes, modificadores de impacto, polímeros, por exemplo, polímeros degradantes, fotoestabilizadores, biocidas, agentes antiestáticos, por exemplo, estearatos ou aminas de ácido graxo etoxilado. Compostos antiestáticos adequados incluem negros-de-fumo condutivos, fibras de carbono, agentes de enchimento de metal, compostos catiônicos, por exemplo, compostos de amônio quaternário, por exemplo, Cloreto de N-(3-cloro-2-hidroxipropil)-trimetilamônio, alcanolamidas, e aminas. Polímeros degradantes representativos incluem ácidos de poliidróxi, por exemplo, polilactídeos, poliglicolídeos e copolímeros de ácido láctico e ácido glicólico, ácido poli(hidroxibutírico), ácido poli(hidroxivalérico), poli[lactídeo-co(ε-caprolactona)], poli[glicolídeo-co-(s-caprolactona)], policarbonatos, poli(aminoácidos), poli(hidroxialcanoatos), polianidridos, poliortoésteres e misturas destes polímeros.
[00227] Quando os aditivos descritos forem incluídos, eles podem estar presentes em quantidades, calculadas em uma base de peso seco, de abaixo de 1 por cento a tão alto quanto 80 por cento, com base em peso total do material fibroso. Mais tipicamente, quantidades variam de entre cerca de 0,5 por cento a cerca de 50 por cento em peso, por exemplo, 5 por cento, 10 por cento, 20 por cento, 30 por cento ou mais, por exemplo, 40 por cento.
[00228] Qualquer aditivo descrito aqui pode ser encapsulado, por exemplo, secado por pulverização ou microencapsulado, por exemplo, para proteger os aditivos de calor ou umidade durante a manipulação.
[00229] Os materiais fibrosos, materiais fibrosos densificados, resinas ou aditivos podem ser tingidos. Por exemplo, o material fibroso pode ser tingido antes de combinar com a resina e compor para formar os compósitos. Em algumas modalidades, este tingimento pode ser útil em mascarar ou esconder o material
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55/68 fibroso, aglomerações especialmente grandes do material fibroso, em partes moldadas ou extrusadas, quando estes forem desejados. Tais aglomerações grandes, quando presentes em concentrações relativamente altas, podem aparecer como manchas nas superfícies das partes moldadas ou extrusadas.
[00230] Por exemplo, o material fibroso desejado pode ser tingido usando uma tintura de ácido, tintura direta ou uma tintura reativa. Tais tinturas estão disponíveis de Spectra Dyes, Kearny, NJ ou Keystpme Aniline Corporation, Chicago, IL. Exemplos específicos de tinturas incluem SPECTRA® LIGHT YELLOW 2G, SPECTRACID® YELLOW 4GL CONC 200, SPECTRANYL® RHODAMINE 8, SPECTRANYL® NEUTRAL RED B, SPECTRAMINE® BENZOPERPURINE, SPECTRADIAZO® BLACK OB, SPECTRAMINE® TURQUOISE G, e SPECTRAMINE® GREY LVL 200%, cada uma estando disponível de Spectra Dyes
[00231] Em algumas modalidades, concentrados de cor de resina contendo pigmentos são misturados com tinturas. Quando tais misturas são depois compostas com o material fibroso desejado, o material fibroso pode ser tingido ín situ durante a composição. Concentrados de cor estão disponíveis de Clariant.
[00232] Pode ser vantajoso adicionar um cheiro ou fragrância aos materiais fibrosos, fibrosos densificados ou compósitos. Por exemplo, pode ser vantajoso para os compósitos cheirarem e/ou parecerem como madeira natural, por exemplo, cedro. Por exemplo, a fragrância, por exemplo, fragrância de madeira natural, pode ser composta na resina usada para fazer o compósito. Em algumas implementações, a fragrância é diretamente composta na resina como um óleo. Por exemplo, o óleo pode ser composto na resina usando um moinho de rolo, por exemplo, um misturador de Banbury® ou uma extrusora, por exemplo, uma extrusora de parafuso duplo com parafusos contragiratórios. Um exemplo de um misturador de Banbury® é o misturador de Banbury® série F, fabricado por Farrel. Um exemplo de uma extrusora de parafuso duplo é o WP ZSK 50
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MEGAcompunder®, fabricado por Krupp Werner & Pfleiderer. Após compor, a resina perfumada pode ser adicionada ao material fibroso e extrusada ou moldada. Alternativamente, bateladas principais das resinas enchidas com fragrância estão comercialmente disponíveis de International Flavors and Fragrances, sob o nome comercial Polylff® ou da RTP Company. Em algumas modalidades, a quantidade de fragrância no compósito é entre cerca de 0,005% em peso e cerca de 10% em peso, por exemplo, entre cerca de 0,1 % e cerca de 5% ou 0,25% e cerca de 2,5%.
[00233] Outras fragrâncias de madeira natural incluem sempreviva ou madeira vermelha (redwood). Outras fragrâncias incluem hortelã, cereja, morango, pêssego, lima, hortelã, canela, erva-doce, manjericão, bergamota, pimenta-do-reino, cânfora, camomila, citronela, eucalipto, pinheiro, abeto, gerânio, gengibre, toronja, jasmim, baga de junípero, lavanda, limão, mandarim, manjerona, almiscar, mirra, laranja, patchouli, rosa, alecrim, salva, sândalo, árvore de chá, tomilho, gaultéria, flor da flores, baunilha, carro novo ou misturas destas fragrâncias. Em algumas modalidades, a quantidade de fragrância na combinação de material fibrosofragrância é entre cerca de 0,005% em peso e cerca de 20% em peso, por exemplo, entre cerca de 0,1 % e cerca de 5% ou 0,25% e cerca de 2,5%.
[00234] Embora materiais fibrosos tenham sido descritos, como materiais fibrosos celulósicos e lignocelulósicos, outros agentes de enchimento podem ser usados para fazer os compósitos. Por exemplo, agentes de enchimento inorgânicos como carbonato de cálcio (por exemplo, carbonato de cálcio precipitado ou carbonato de cálcio natural), argila de aragonita, argila ortorrômbica, argila de calcita, argila romboédrica, caulim, argila, argila de bentonita, fosfato de dicálcio, fosfato de tricálcio, pirofosfato de cálcio, metafosfato de sódio insolúvel, carbonato de cálcio precipitado, ortofosfato de magnésio, fosfato de trimagnésio, hidroxiapatitas, apatitas sintéticas, alumina, sílica-xerogel, complexos de aluminossilicato de metal, silicatos de alumínio de sódio, silicato de zircônio, dióxido
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57/68 de silício ou combinações dos aditivos inorgânicos podem ser usados. Os agentes de enchimento podem ter, por exemplo, um tamanho de partícula maior que 1 mícron, por exemplo, maior que 2 mícrons, 5 mícrons, 10 mícrons, 25 mícrons ou até maior que 35 mícrons.
[00235] Agentes de enchimento de escala de nanometro podem também ser usados sozinhos, ou em combinação com materiais fibrosos. Os agentes de enchimento podem ser na forma de, por exemplo, uma partícula, uma placa ou uma fibra. Por exemplo, argila dimensionadas em nanometro, nanotubos de silício e carbono, e nanofios de silício e carbono podem ser usados. O agente de enchimento pode ter uma dimensão transversal menos que 1000 nm, por exemplo, menos que 900 nm, 800 nm, 750 nm, 600 nm, 500 nm, 350 nm, 300 nm, 250 nm, 200 nm, menos que 100 nm, ou até mesmo menos que 50 nm.
[00236] Em algumas modalidades, a nanoargila é uma montmorilonita. Tais argilas estão disponíveis de Nanocor, Inc. e produtos de Sourthern Clay, e foi descrito nas patentes U. S. Nos. 6.849.680 e 6.737.464. As argilas podem ser tratadas na superfície antes de misturar, por exemplo, em uma resina ou um material fibroso. Por exemplo, a argila pode ser tratada na superfície de forma que sua superfície seja iônico em natureza, por exemplo, catiônica ou aniônica.
[00237] Se agentes de enchimento de escala de nanometro agregados ou aglomerados, ou agentes de enchimento de escala de nanometro forem montados em estruturas supramoleculares, por exemplo, estruturas supramoleculares automontadas podem também ser usadas. Os agentes de enchimento agregados ou supramoleculares podem ser abertos ou fechados em estrutura, e podem ter uma variedade de formas, por exemplo, gaiola, tubo ou esférica.
ESTRUTURAS
[00238] Qualquer compósito descrito aqui pode estar na forma de artigos
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58/68 como banqueta, canos, painéis, materiais de cobertura, pranchas, invólucros, folhas, blocos, tijolos, postes, cerca, membros, portas, venezianas, toldos, cortinas, tendas, estruturas, esquadrias de janela, espaldares, pavimento, azulejos, travas de via férrea, bandejas, cabos de ferramenta, barracas, filmes, envolturas, fitas, caixas, cestas, prateleiras, compartimentos, aglutinantes, divisores, paredes, tapetes, estruturas, estantes de livros, esculturas, cadeiras, mesas, escrivaninhas, brinquedos, jogos, paletas, desembarcadouros, cais, barcos, mastros, tanques sépticos, painéis automotivos, gabinetes de computador, caixas elétricas acima e abaixo do solo, mobília, mesas de piquenique, bancos, abrigos, bandejas, cabides, travessas, esquifes, capas de livro, bengalas, muletas, utensílios domésticos e estruturas.
COMPÓSITOS RETICULADOS POR RADIAÇÃO
[00239] Referindo à Figura 26, compósitos reticulados por radiação podem ser feitos, por exemplo, combinando um material fibroso que inclui fibras distintas com uma resina reticulável por radiação, por exemplo, uma resina termoplástica (por exemplo, uma taxa de fluxo de fundição de polipropileno alta) para fornecer uma combinação de material fibroso/resina reticulável. O material fibroso pode ter, por exemplo, uma razão de comprimento médio-para-diâmetro maior que 5, e um desvio-padrão de um comprimento de fibra que é, por exemplo, menor que oitenta e cinco por cento de um comprimento médio de fibra. O material fibroso/resina reticulável é formado, por exemplo, usando extrusão ou moldagem por injeção, em uma forma desejada, por exemplo, um material de cobertura, e é irradiado, por exemplo, com uma radiação ionizante (por exemplo, um feixe de elétron, radiação de raio X ou radiação gama) para pelo menos parcialmente reticular a resina reticulável.
[00240] Em modalidades específicas, radiação gama é empregada para reticular a resina reticulável. Referindo às Figuras 27 e 28, um irradiador gama 400
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59/68 inclui fontes de radiação gama 408, por exemplo, péletes de 60Co, uma mesa de trabalho 410 para reter o compósito a ser irradiado e armazenamento 412, por exemplo, feito de uma pluralidade de placas de ferro, todas estas são alojadas em uma câmara de retenção de concreto 402 que inclui uma entrada de labirinto 404 além de uma porta forrada com chumbo 406. Armazenamento 412 inclui uma pluralidade de canais 420, por exemplo, dezesseis ou mais canais, permitindo as fontes de radiação gama 408 atravessar pelo armazenamento 412 em sua trajetória próxima da mesa de trabalho 410.
[00241] Em operação, o compósito a ser irradiado é colocado na mesa de trabalho 410. O irradiador é configurado para liberar a taxa de dose desejada e equipamento de monitoramento é conectado ao bloco experimental 440. O operador depois deixa a câmara de retenção 402, atravessa a entrada de labirinto 404 e através da porta forrada com chumbo 406. O operador opera um painel de controle 442, instruindo um computador para erguer as fontes de radiação 408 na posição de trabalho usando cilindro 441 ligado a uma bomba hidráulica 444.
[00242] Em modalidades em que a irradiação é executada com radiação eletromagnética (por exemplo, como acima), a radiação eletromagnética pode ter, por exemplo, energia por fóton (em volts de elétron) maior que 102 eV, por exemplo, maior que 103, 104, 105, 106, ou até maior que 107 eV. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem energia por fóton de entre 104 e 107 por exemplo, entre 105 e 106 eV. A radiação eletromagnética pode ter uma frequência, por exemplo, de maior que 1016 hz, maior que 1017 hz, 1018, 1019, 1020, ou até maior que 1021 hz. Em algumas modalidades, a radiação eletromagnética tem uma frequência de entre 1018 e 1022 hz, por exemplo, entre 1019 a 1021 hz.
[00243] Em algumas modalidades, um feixe de elétrons é usado como a fonte de radiação. Feixes de elétron podem ser gerados, por exemplo, através de geradores eletrostáticos, geradores de cascata, geradores de transformador,
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60/68 aceleradores de energia baixa com um sistema de varredura, aceleradores de energia baixa com um cátodo linear, aceleradores lineares, e aceleradores pulsados.
[00244] Elétrons como uma fonte de radiação ionizante podem ser úteis, por exemplo, para compósitos tendo cortes transversais relativamente finos, por exemplo, menos que 1,27 cm (0,5 polegada), por exemplo, menos que 0,1 cm (0,4 polegada), 0,8 cm (0,3 polegada), 0,5 cm (0,2 polegada), ou menos que 0,25 cm (0,1 polegada). Em algumas modalidades, a energia de cada elétron do feixe de elétron é de cerca de 0,3 MeV a cerca de 2,0 MeV (milhões de volts de elétron), por exemplo, de cerca de 0,5 MeV a cerca de 1,5 MeV, ou de cerca de 0,7 MeV a cerca de 1,25 MeV.
[00245] Em algumas modalidades, a irradiação (com qualquer fonte de radiação) é executada até que a combinação de material fibroso/resina reticulável receba uma dose de pelo menos 0,25 Mrad, por exemplo, pelo menos 1,0 Mrad, pelo menos 2,5 Mrad, pelo menos 5,0 Mrad, ou pelo menos 10,0 Mrad. Em algumas modalidades, a irradiação é executado até que a combinação de material fibroso/resina reticulável receba uma dose de entre 1,0 Mrad e 6,0 Mrad, por exemplo, entre 1,5 Mrad e 4,0 Mrad.
[00246] Em algumas modalidades, a irradiação é executada a uma taxa de dose de entre 5,0 e 1500,0 quilorads/hora, por exemplo, entre 10,0 e 750,0 quilorads/hora ou entre 50,0 e 350,0 quilorads/horas.
[00247] A resina reticulável por radiação pode ser, por exemplo, um termoplástico ou um termocura (por exemplo, um termocura por fundição). Por exemplo, a resina reticulável por radiação pode ser uma poliolefina, por exemplo, um polietileno (por exemplo, um copolímero de polietileno), um polipropileno (por exemplo, um copolímero de polipropileno), um poliéster (por exemplo, tereftalato de polietileno), uma poliamida (por exemplo, náilon 6, 6/12 ou 6/10), uma polietilenoimina, copolímeros estirênicos elastoméricos (por exemplo, copolímeros
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61/68 de estireno-etileno-butileno-estireno), um elastômero de poliamida (por exemplo, copolímero de poliéter-poliamida), copolímero de etileno-acetato de vinila, poliuretano de fundição, silicone de fundição, ou misturas compatíveis destas resinas.
[00248] Em algumas modalidades específicas, a resina é uma poliolefina tendo uma polidispersidade maior que 2,0, por exemplo, maior que 3,0, maior que 3,5, maior que 4,0, maior que 4,5, maior que 5,0, maior que 7,5 ou até maior que 10,0 (medido usando cromatografia de permeação em gel de temperatura alta contra padrões de poliestireno; ver, por exemplo, ASTM D6474-99). Uma polidispersidade alta pode melhorar a resistência ao impacto no compósito reticulado. Em algumas modalidades, a poliolefina tem uma taxa de fluxo de fundição maior que 10,0 g/10 minutos, por exemplo, maior que 15,0, maior que 20,0, maior que 25,0, maior que 30,0, ou até maior que 50,0 g/10 minutos (medida usando ASTM D1238, 230°C/2,16 kg). Um fluxo de fundição alto pode auxiliar na produção do compósito, por exemplo, reduzindo o aquecimento do cisalhamento durante a formação do compósito.
[00249] Em uma modalidade específica, a resina é uma mistura de 50:50 por cento em peso de polipropileno de taxa de fluxo de fundição 20 (MFR) e polipropileno de MFR de 50. Polipropilenos estão disponíveis de Sunoco Chemical.
[00250] Os compósitos reticulados podem incluir qualquer um ou qualquer combinação dos agentes de enchimento e/ou aditivo descritos aqui.
[00251] Embora a modalidade da Figura 27 ilustre um sistema de retenção seco, sistemas de retenção de água são possíveis. Embora a modalidade da Figura 27 ilustre irradiação de um compósito sob condições ambientes, o compósito pode ser esfriado durante a irradiação. Embora a modalidade da Figura 27 ilustre irradiação em ar atmosférico normal, irradiação pode ocorrer em uma atmosfera inerte, por exemplo, atmosfera de nitrogênio ou argônio.
[00252] Química de radiação é descrita por Ivanov em Radiation
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Chemistry of Polymers (translação de russo), VSP Press BV, Ultrech, Países Baixos, (ISBN 90-6764-137-5), 1992.
COMPÓSITOS TENDO CERTOS ATRIBUTOS VISUAIS
[00253] Referindo às Figuras 29 e 30, um compósito 500, por exemplo, na forma de uma banqueta (como mostrada), inclui uma resina e um material fibroso 504 e tem uma superfície externa 505. Algum do material fibroso é visível sobre, dentro, ou logo abaixo da superfície externa do compósito. Tais compósitos podem ter propriedades visuais únicas, agradáveis e até mesmo admiráveis, e ao mesmo tempo podem ter propriedades mecânicas desejáveis, por exemplo, resistência flexional e resistência ao impacto.
[00254] O compósito pode ser feito, por exemplo, combinando uma resina e um material fibroso 14 para fornecer uma combinação de resina/material fibroso, e comprimir a combinação de resina/material fibroso para fornecer o compósito tendo a superfície externa. Em geral, a resina, o material fibroso e as condições para formar o compósito são escolhidas de modo que o material fibroso é visível sobre, dentro ou logo abaixo da superfície externa, ao invés de ser enterrado profundamente abaixo da superfície onde não seria visível. Por exemplo, para um material opaco ou translúcido, material fibroso é visível em baixo da superfície exterior do compósito quando o material fibroso está sob a superfície exterior, por exemplo, uma distância de menos que 0,254 cm (0,100 polegada), por exemplo, menos que 0,127 cm (0,050 polegada), menos que 0,064 cm (0,025 polegada), menos que 0,025 cm (0,010 polegada), menos que 0,013 cm (0,005 polegada), menos que 0,0064 cm (0,0025 polegada), ou uma distância de menos que 0,002 cm (0,001 polegada).
[00255] Os compósitos podem ser feitos usando qualquer maquinaria de processo de plástico, por exemplo, equipamento de moldagem por injeção e equipamento de moldagem por compressão ou equipamento de extrusão.
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[00256] A resina pode ser um termoplástico ou uma termocura. Quando a resina for um termoplástico, pode ser, por exemplo, uma poliolefina, como um polietileno (por exemplo, um copolímero de polietileno), ou um polipropileno (por exemplo, um copolímero de polipropileno); um poliéster, como tereftalato de polietileno (PET); uma poliamida, como náilon 6, 6/12 ou 6/10; um copolímero estirênico elastomérico, como um copolímero de estireno-etileno-butileno-estireno; uns elastômeros de poliamida, como copolímero de poliéter-poliamida; um copolímero de etileno-acetato de vinila; ou misturas destas resinas.
[00257] Para fornecer os compósitos exclusivos, é frequentemente desejável usar uma resina relativamente viscosa que pode intensificar a visibilidade da fibra impedindo o material fibroso de deslizar para abaixo da superfície externa onde ficaria escondido de vista.
[00258] Em algumas implementações, a resina é uma poliolefina, por exemplo, um polipropileno, tendo uma taxa de fluxo de fundição de menos que 50 g/10 minutos, por exemplo, menos que 25 gramas/10 minutos, menos que 20 gramas/10 minutos, menos que 17 g/10 minutos, menos que 15 gramas/10 minutos, menos que 10 g/10 minutos, menos que 7,5 gramas/10 minutos, menos que 5 g/10 minutos, menos que 2,5 gramas/10 minutos, ou até mesmo menos que 1 g/10 minutos. O limite inferior do fluxo de fundição dependerá da técnica de processamento usada para formar o compósito, por exemplo, moldagem por injeção ou extrusão. Para moldagem por injeção, pode ser desejável que a taxa de fluxo de fundição seja maior que 0,5 grama/10 minutos. Para moldagem por compressão e extrusão, pode ser desejável que a taxa de fluxo de fundição seja maior que 0,1 grama/10 minutos. Taxas de fluxo de fundição são medidas usando ASTM D1238 a 230°C e 2,16 kg, a descrição desta é por este meio incorporada por referência aqui em sua totalidade.
[00259] O material fibroso usado pode ser, por exemplo, um material
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64/68 fibroso densificado feito por aplicação de pressão a um material fibroso (opcionalmente tendo um aglutinante), por exemplo, passando o material fibroso através de um pressão definida entre rolos de pressão contragiratórios ou passando o material fibroso através de um moinho de pélete, como debatido acima. O material fibroso densificado pode ser, por exemplo, na forma de péletes ou fatias ou outras geometrias tendo uma variedade de formas. A densidade do material fibroso densificado pode ser, por exemplo, maior que 0,11 g/cm3, por exemplo, maior que 0,15 g/cm3, maior que 0,20 g/cm3, maior que 0,25 g/cm3, maior que 0,3 g/cm3, maior que 0,4 g/cm3, maior que 0,5 g/cm3, ou até maior que 0,6 g/cm3. É desejável selecionar uma densidade de modo que o material densificado se desprenda sob cisalhamento e/ou calor para liberar o material fibroso ou material fibroso aglomerado. Em geral, é desejável que o material fibroso densificado tenha uma densidade de menos que 0,9 g/cm3.
[00260] As fibras dos materiais fibrosos podem ter uma razão de comprimento médio-para-diâmetro relativamente grande (por exemplo, maior que 20-para-1). A razão de comprimento médio-para-diâmetro do segundo material fibroso 14 pode ser, por exemplo maior que 10/1, por exemplo, maior que 25/1 ou maior que 50/1. Um comprimento médio do segundo material fibroso 14 pode ser, por exemplo, entre cerca de 0,5 mm e 2,5 mm, por exemplo, entre cerca de 0,75 mm e 1,0 mm, e uma largura média (isto é, diâmetro) do segundo pode ser material fibroso 14, por exemplo, entre cerca de 5 pm e 50 pm, por exemplo, entre cerca de 10 pm e 30 pm.
[00261] Para intensificar a aparência salpicada dos compósitos, é frequentemente desejável que os materiais fibrosos tenham uma porcentagem relativamente grande de fibras maior que 2,5 mm em comprimento. Por exemplo, pelo menos 2,5 por cento em peso do material fibroso são fibras tendo um comprimento maior que 2,5 mm, por exemplo, pelo menos 5,0 por cento em peso do
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65/68 material fibroso são fibras tendo um comprimento maior que 2,5 mm, pelo menos 7,5 por cento em peso do material fibroso são fibras tendo um comprimento maior que 2,5 mm, ou pelo menos 10,0 por cento em peso do fibroso são fibras tendo comprimento maior que 2,5 mm. Em qualquer destas situações, por exemplo, para não adversamente afetar a processabilidade, menos que 25 por cento em peso do material fibroso são fibras tendo um comprimento maior que 2,5 mm.
[00262] Para um material de resina opaca ou translúcida, o compósito pode ter, por exemplo, maior que 20 por cento em peso de material fibroso, por exemplo, maior que 30 por cento, maior que 40 por cento, maior que 50 por cento, maior que 55 por cento ou até maior que 60 em peso de material fibroso. Para quaisquer das implementações deste parágrafo, os compósitos em geral têm menos que 70 por cento em peso de material fibroso.
[00263] Se desejado, o material fibroso pode ser colorido, por exemplo, para intensificar a resistência do efeito visual. O material fibroso pode ser colorido, por exemplo, mediante tingimento, antes de combinar com a resina e formar os compósitos. Em algumas implementações, este tingimento pode, por exemplo, intensificar a visibilidade do material fibroso na superfície externa, especialmente aglomerações grandes de material fibroso.
[00264] Em algumas implementações, a resina pode ser colorida, por exemplo, com um pigmento ou tintura, para intensificar o contraste entre o material fibroso (colorido ou natural) e a resina, por exemplo, para intensificar a resistência geral do efeito visual. Concentrados de cor estão disponíveis de Clariant.
[00265] Qualquer um destes compósitos tendo certos atributos visuais podem incluir quaisquer dos aditivos descritos aqui, incluindo fragrâncias.
[00266] O compósito pode ser formado em uma variedade de formas, como aqueles descritos acima.
[00267] Quando os compósitos forem moldados por injeção, é
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66/68 frequentemente desejável gelar a resina fundida rapidamente, por exemplo, formando o compósito contra uma superfície de molde relativamente fresca, de forma que as fibras não têm tempo para afundar abaixo da superfície da resina onde eles ficariam escondidos de visão. Referindo-se às Figuras 31A-31C, compósitos salpicados podem ser preparados para formar um compósito 600 comprimindo uma resina fundida contra um molde 602 tendo uma superfície esfriada 604, e depois desmoldando o compósito formado 600. Em algumas implementações, a compressão é executada contra uma superfície de molde tendo uma temperatura de menos que 100°C, por exemplo, menor que 75°C, menor que 50°C, menor que 25°C, ou menos que 15 °C.
[00268] Ainda outros compósitos tendo propriedades visuais e propriedades mecânicas desejáveis únicas, agradáveis ou até mesmo admiráveis incluem uma resina transparente e um material fibroso. Em algumas implementações, o material fibroso pode ser visto dentro do compósito. Em geral, para fazer para tais compósitos uma resina transparente e um material fibroso são combinados para fornecer uma combinação de resina/material fibroso transparente e a combinação de resina/material fibroso transparente é comprimida, por exemplo, em uma extrusora ou em um molde, para fornecer o compósito.
[00269] A resina pode ser um termoplástico ou um termocura. Quando a resina for um termoplástico, pode ser, por exemplo, uma poliolefina clarificada, como um polipropileno clarificado (por exemplo, um copolímero de polipropileno); um poliéster, como tereftalato de polietileno (PET); uma poliamida amorfa; um policarbonato; um polímero sirênico, como copolímero de estireno-acrilonitrila (SAN); um poliacrilato, como polimetilmetacrilato (PMMA).
[00270] Agentes clarificantes para poliolefinas estão disponíveis de Milliken Chemical sob o nome comercial MILLAD®, por exemplo, MILLAD® 3988. Corantes de poliolefina clarificados estão também disponíveis de Milliken Chemical
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67/68 sob o nome comercial CLEARTINT®.
[00271] Para intensificar o efeito com uma resina transparente, é frequentemente desejável que a resina tenha uma transmissão espectral maior que 60 por cento, por exemplo, maior que 65 por cento, maior que 70 por cento, maior que 75 por cento, maior que 80 por cento, maior que 85 por cento, ou até maior que 90 por cento. Além disso, é também frequentemente desejável para a resina ter uma turvação menor que 40 por cento, por exemplo, menor que 35 por cento, menor que 30 por cento, menor que 25 por cento, menor que 20 por cento, menor que 15 por cento, ou até mesmo menor que 10 por cento. Transmissão espectral e turvação são medidas usando ASTM D 1003-92 que são por este meio incorporadas por referência aqui em sua totalidade.
[00272] Para intensificar o efeito com uma resina transparente, é frequentemente desejável que o compósito tenha um teor relativamente baixo de material fibroso, por exemplo, menor que cerca de 20 por cento em peso de material fibroso, menor que 17,5 por cento, menor que 15 por cento, menor que 12,5 por cento, menor que 10 por cento, menor que 7,5 por cento, menor que 5 por cento, menor que 2,5 por cento, ou até mesmo menor que 1 por cento em peso de material fibroso. Um teor relativamente baixo de fibra permite luz atravessar o compósito de forma que as massas de material fibroso podem ser vistas dentro do compósito.
[00273] Referindo-se à Figura 32, um compósito de resina/material fibroso pode ter uma porção interna 610 que inclui uma primeira resina que substancialmente não tem nenhum material fibroso e uma porção externa 612 que substancialmente inclui uma segunda resina circundando a porção interna e que inclui todo do material fibroso. Um tal compósito pode ser feito, por exemplo, comoldagem ou co-extrusão. Quaisquer dos materiais fibrosos ou aditivos acima descritos podem ser usados na preparação de um tal compósito. Tais compósitos podem ser formados em quaisquer das formas descritas acima. Os primeiro e
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68/68 segundo materiais podem ser os mesmos ou diferentes, e podem ser, por exemplo, quaisquer das resinas descritas acima.
[00274] Referindo-se à Figura 33, um compósito de resina/material fibroso transparente pode ter uma porção interna 620 tendo uma primeira resina e substancialmente todo do material fibroso e uma porção externa 622 circundando a porção interna tendo uma segunda resina e não tendo substancialmente nenhum material fibroso. Quaisquer dos materiais fibrosos ou aditivos acima descritos podem ser usados na preparação de tal compósito. Tais compósitos podem ser formados em quaisquer das formas descritas acima. Os primeiro e segundo materiais podem ser os mesmos ou diferentes, e podem ser, por exemplo, quaisquer das resinas descritas acima.
[00275] Várias modalidades foram descritas. Não obstante, será entendido que várias modificações podem ser feitas sem divergir do espírito e escopo da invenção. Consequentemente, outras modalidades estão dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims (16)

1. Método de fazer material fibroso CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
cisalhar uma fonte de fibra (10) para fornecer um primeiro material fibroso (12);
passar o primeiro material fibroso (12) através de uma primeira tela (16) tendo um tamanho de abertura médio de 1,59 mm ou menos para fornecer um segundo material fibroso (14), e em que o método compreende cisalhar o segundo material fibroso (14) e passar o material fibroso resultante através da primeira tela (16).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho de abertura médio da primeira tela (16) é de menos que 0,79 mm, ou menos que 0,51 mm, ou menos que 0,40 mm, ou menos que 0,20 mm, ou menos que 0,10 mm.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda cortar a fonte de fibra (10) antes de cisalhar a fonte de fibra (10) ou em que o cisalhamento é executado com um cortador de faca rotativo (20).
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo material fibroso (14) é coletado em uma caixa (30) tendo uma pressão abaixo da pressão atmosférica nominal, preferencialmente em que a pressão está pelo menos 10 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal ou pelo menos 50 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, preferencialmente, em que a pressão é pelo menos 75 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal.
5. Método de fazer material fibroso CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:
cisalhar uma fonte de fibra (10) para fornecer um primeiro material fibroso
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2/4 (12);
passar o primeiro material fibroso (12) através de uma primeira tela (16) tendo um tamanho de abertura médio de 1,59 mm ou menos para fornecer um segundo material fibroso (14), e em que o método compreende cisalhar o segundo material fibroso (14), e passar o material fibroso resultante através de uma segunda tela tendo um tamanho de abertura médio menor que o da primeira tela (16) para fornecer um terceiro material fibroso (62).
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma razão de uma razão de comprimento-para-diâmetro médio do segundo material fibroso (14) para uma razão de comprimento-para-diâmetro médio do terceiro material fibroso (62) é menor que 1,5 ou menor que 1,4 ou menor que 1,25 ou menor que 1,1.
7. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o tamanho de abertura médio da primeira tela (16) é de menos que 0,79 mm, ou menos que 0,51 mm, ou menos que 0,40 mm, ou menos que 0,20 mm, ou menos que 0,10 mm.
8. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda cortar a fonte de fibra (10) antes de cisalhar a fonte de fibra (10) ou em que o cisalhamento é executado com um cortador de faca rotativo (20).
9. Método, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o segundo material fibroso (14) é coletado em uma caixa (30) tendo uma pressão abaixo da pressão atmosférica nominal, preferencialmente em que a pressão está pelo menos 10 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal ou pelo menos 50 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal, preferencialmente, em que a pressão é pelo menos 75 por cento abaixo da pressão atmosférica nominal.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,
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3/4
CARACTERIZADO pelo fato de que o cisalhamento e passagem são executados simultaneamente.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma razão de comprimento-para-diâmetro médio do segundo material fibroso (14) é maior que 10/1 ou maior que 25/1 ou maior que 50/1 ou em que o comprimento médio do segundo material fibroso (14) está entre 0,5 mm e 2,5 mm, preferencialmente em que o comprimento médio está entre 0,75 mm e 1,0 mm ou em que uma largura média do segundo material fibroso (14) está entre 5 pm e 50 pm, opcionalmente em que a largura média está entre 10 pm e 30 pm.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que um desvio-padrão de um comprimento do segundo material fibroso (14) é menor que 60 por cento de um comprimento médio do segundo material fibroso (14), opcionalmente em que o desvio-padrão é menor que 50 por cento.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma área de superfície de BET do segundo material fibroso (14) é maior que 1,0 m2/g ou maior que 1,5 m2/g ou maior que 1,75 m2/g ou em que uma porosidade do segundo material fibroso (14) é maior que 85 por cento ou maior que 90 por cento.
14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que uma razão de uma razão de comprimento-paradiâmetro médio do primeiro material fibroso (12) para uma razão de comprimentopara-diâmetro médio do segundo material fibroso (14) é menor que 1,5 ou menor que 1,4 ou menor que 1,25 ou menor que 1,1.
15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a tela é formada entrelaçando monofilamentos.
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16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a fonte de fibra (10) compreende um material celulósico ou um material lignocelulósico; ou em que a fonte de fibra (10) compreende uma mistura de fibras, por exemplo, fibras derivadas de uma fonte de papel e fibras derivadas de uma fonte têxtil, por exemplo, algodão; ou em que a fonte de fibra (10) é derivada de uma fonte de papel; ou em que a fonte de fibra (10) compreende uma fibra têxtil, preferencialmente em que a fibra têxtil compreende algodão, ou em que a fonte de fibra (10) é uma fonte de fibra natural selecionada de gramas, cascas de arroz, bagaço, algodão, juta, cânhamo, linho, bambu, sisal, abacá, palha, espigas de milho, cascas de arroz ou fibras de coco.
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