BR122022009887B1

BR122022009887B1 - Método para fabricação de um produto de celulose, aparelho de formação de produto de celulose, e, produto de celulose

Info

Publication number: BR122022009887B1
Application number: BR122022009887-8A
Authority: BR
Inventors: Ove Larsson; Linus Larsson
Original assignee: Pulpac AB
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2023-01-17
Also published as: EP4316796A3; ES2904860T3; SI3967615T1; EP3429928A1; AU2017233234A1; JP2021119060A; MX2023012069A; BR112018068720A2; PL3429927T3; US20230373136A1; LT3429928T; WO2017160217A1; CL2018002601A1; AU2022228157B2; AU2017233235A1; US20190070819A1; PL3882167T3; JP2023011839A; SI4043353T1; CA3017725C

Abstract

Um método para fabricação de um produto de celulose, compreendendo as etapas: formar a secagem de uma peça bruta de celulose em uma unidade de formação a seco; arranjar a peça bruta de celulose em um molde de formação; aquecer a peça bruta de celulose até uma temperatura de formação na faixa de 100°C a 200°C; e pressionar a peça bruta de celulose no molde de formação com uma pressão de formação de pelo menos 1 MPa.

Description

Campo Técnico

[001] A presente descrição se refere a um método de produção de um produto de celulose a partir de fibras de celulose. A descrição se refere adicionalmente a um aparelho de formação de produto de celulose e um produto de celulose.

Fundamentos

[002] Existem muitas situações em que é desejável prover os objetos feitos de materiais sustentáveis nas formas planas ou essencialmente não planas. Uma forma plana pode se refere a uma forma de modo geral bidimensional (2D), tal como, por exemplo, a forma de um material em folha ou peça bruta, e formas essencialmente não planas podem se referir a qualquer forma de objeto tridimensional (3D) adequada. Uma tal situação se refere ao acondicionamento de líquidos, materiais secos e diferentes tipos de mercadorias, em que o acondicionamento pode ser feito em uma forma tridimensional ou formado em uma forma tridimensional a partir de um material em folha bidimensional.

[003] Quando, por exemplo, mercadorias sensíveis ao acondicionamento, tais como, itens mecânicos de alta precisão, equipamento eletrônico e outros itens domésticos e de hardware, existe uma necessidade de acondicionamento protetor a fim de evitar danos das mercadorias sensíveis, devido ao, por exemplo, choque mecânico, vibrações ou compressão durante o transporte, armazenagem, ou outro manuseio. Tais acondicionamentos tipicamente necessitam de uma inserção de proteção que tem um formato adaptado para as mercadorias contidas, e assim com segurança mantém as mercadorias na embalagem. Tais inserções são geralmente feitas de poliestireno expandido (EPS), que é um material derivado de petróleo de peso leve e não é considerado como um material sustentável.

[004] Um material de baixo preço geralmente usado bulas é polpa moldada. A polpa moldada tem a vantagem de ser considerada como um material de acondicionamento sustentável, uma vez que é produzido a partir de biomateriais e pode ser reciclado após o uso. Como uma consequência a polpa moldada foi rapidamente aumentando em popularidade para igualmente em aplicações primárias e secundárias de acondicionamento (acondicionamento próximo ao artigo e montagem de tais acondicionamentos). Os artigos de polpa moldada são, de modo geral, formados por imersão de um molde de sucção em uma suspensão de polpa, ao mesmo tempo que a sucção é aplicada, por meio da qual um corpo da polpa é formado com a forma do artigo desejado pela deposição de fibra. O molde de sucção é em seguida retirado da suspensão e a sucção é, de modo geral, continuada para compactar as fibras depositadas ao mesmo tempo que esgotando o líquido residual.

[005] Uma desvantagem comum com todas as técnicas de formação a úmido é a necessidade de secagem do produto moldado, que é uma etapa de consumo de energia e tempo. Outro inconveniente é que fortes ligações entre as fibras, muitas vezes explicado como ligações de hidrogênio, são formadas entre as fibras no material, o que restringe a flexibilidade do material.

[006] Além do mais, muitas linhas modernas de produção enxuta exigem fabricação de componentes ou embalagens sob demanda e em linha, em que um processo de formação a úmido não é preferido.

[007] Recentemente, novos materiais a base de fibra foram desenvolvidos com o propósito de permitir a formação a seco de objetos tridimensionais. Uma abordagem é descrita em WO2014/142714A1, em que uma rede de compósito depositada a seco sendo um produto intermediário para termoformação de objetos em forma tridimensionalmente, compreendendo 40-95 por cento em peso de fibras de CTMP, 5-50 por cento em peso de material termoplástico, e 0-10 por cento em peso de aditivos, em que a rede de compósito depositada a seco foi impregnada com uma dispersão, uma emulsão, ou uma solução contendo o material termoplástico, polímero, e seca, obtendo uma densidade de 50-250 kg/m3, ou, se comprimida pelo calendário de 400-1000 kg/m3. De acordo com a descrição de WO2014/142714A1, a ligação do polímero é ativada pela temperatura mais elevada aplicada no processo de termoformação e contribui para a resistência final do objeto termoformado.

[008] Embora o polímero de acordo com a descrição de WO2014/142714A1 possa estar contribuindo para a resistência final e permitindo a formação de rede depositada a seco, tal ingrediente termoplástico apagará as características sustentáveis da celulose uma vez que o compósito não será reciclável. Esta desvantagem é aplicável mesmo se um bioplástico renovável e compostável, por exemplo, polilactídeo (PLA) é usado como proposto em WO2014/142714A1, uma vez que a logística para a reciclagem do material não está disponível.

[009] Descobertas recentes e decisões políticas, por exemplo, o acordo de Paris sobre o aquecimento global em 2015, estipula que a pegada de carbono das mercadorias consumidas e acondicionamentos, na assim chamada análise de ciclo de vida (LCA), é altamente influenciada pela capacidade de reciclar e reutilizar os materiais. Até mesmo materiais renováveis como celulose e PLA devem ser reciclados a fim de medir com os materiais não renováveis multi reciclados como tereftalato de polietileno (PET).

[0010] A reciclagem do material está lentamente e gradualmente se tornando cada vez mais estabelecida na maior parte do mundo. A Europa tem a liderança global com aproximadamente 30% de reciclagem ao mesmo tempo que os Estados Unidos apenas atingiram 10% e ainda muitos países em desenvolvimento ainda não começaram a reciclar. Comum a todos os esforços de reciclagem é um foco nos materiais mais frequentemente usados, tais como, papel, papelão, vidro, alumínio, aço e PET. Estas frações recicláveis representam uma grande maioria de mercadorias desperdiçadas e não é provável que outras frações, como biopolímeros, sejam estabelecidas como logística de reciclagem disponível ao público em um futuro previsível.

[0011] A demanda global para embalagens em forma de 3D, caixas, cabides, garrafas, copos, pratos, tigelas, bulas e coberturas no material reciclável e renovável com propriedades mecânicas próximas aos plásticos, é, por conseguinte, enorme.

[0012] Na publicação, ISBN 978-91-7501-518-7 (Helena Halonen, Outubro, 2012), uma abordagem possível usar a modelagem por compressão de polpas de madeira químicas comerciais processadas apenas com água foi estudada. O objetivo foi estudar as mudanças estruturais durante o processamento e a complexidade de relacionar as propriedades mecânicas dos biocompósitos finais para a estrutura de nano-escala.

[0013] A combinação de alta temperatura (150-170 °C) e alta pressão (45 MPa) durante a modelagem por compressão produz um aumento notável na agregação de fibrila, possivelmente incluindo ligações de fusão celulose- celulose, isto é, agregação de fibrila na região de ligação fibra-fibra. Esta agregação de fibrila está resultando em um biocompósito com propriedades mecânicas notáveis incluindo resistência melhorada (289 MPa), módulo (12,5 GPa) e tenacidade (6%) a serem comparados a, por exemplo, PET-resistência (75 MPa) e PET-módulo (PET 3GPa).

[0014] Embora WO2014142714A1 sugira que o ingrediente termoplástico não reciclável e ISBN 978-91-7501-518-7 apresente resultados científicos para formação de fibras recicláveis de celulose para obter boas propriedades mecânicas, nenhum método industrial ou prático foi até agora inventado permitindo a produção comercial, com razoável tempo de ciclo, de acondicionamentos e bons em celulose como substituto para plásticos os quais são possíveis de reciclar como papelão.

[0015] Em vista dos inconvenientes acima mencionados e outros da técnica anterior, é um objetivo da presente invenção prover custo eficiente e produção racional de um produto de celulose com propriedades mecânicas melhoradas.

Sumário

[0016] Um objetivo da presente descrição é prover um método para fabricação de um produto de celulose, um aparelho de formação de celulose e um produto de celulose em que os problemas anteriormente mencionados são evitados. Este objetivo é pelo menos parcialmente alcançado pelas características das reivindicações independentes. As reivindicações dependentes contêm desenvolvimentos adicionais do método para fabricação de um produto de celulose, o aparelho de formação de produto de celulose e o produto de celulose.

[0017] Existem muitas situações em que é desejável prover os objetos feitos de materiais sustentáveis nas formas planas ou essencialmente não planas. Uma forma plana pode se refere a uma forma de modo geral bidimensional, tal como, por exemplo, a forma de um material em folha ou peça bruta, e formas essencialmente não planas podem se referir a qualquer forma adequada de objeto tridimensional. Uma tal situação se refere ao acondicionamento de líquidos, materiais secos e diferentes tipos de mercadorias, em que o acondicionamento pode ser feito em uma forma tridimensional ou formado em uma forma tridimensional a partir de um material em folha bidimensional.

[0018] A descrição diz respeito a um método para fabricação de um produto de celulose, compreendendo as etapas: formar a secagem de uma peça bruta de celulose em uma unidade de formação a seco; arranjar a peça bruta de celulose em um molde de formação; aquecer a peça bruta de celulose até uma temperatura de formação na faixa de 100°C a 200°C; e pressionar a peça bruta de celulose no molde de formação com uma pressão de formação de pelo menos 1 MPa.

[0019] Com a formação a seco da peça bruta de celulose entende-se um processo em que as fibras de celulose são depositadas no ar para formar a peça bruta de celulose. Durante a formação da peça bruta de celulose no processo de deposição no ar, as fibras de celulose são transportadas e formadas para a estrutura da peça bruta pelo ar como meio de transporte. Isto é diferente de um processo normal de fabricação de papel, em que a água é usada como meio de transporte para as fibras de celulose durante a formação da estrutura do papel. No processo de deposição no ar, a água ou outras substâncias podem ser adicionadas às fibras de celulose a fim de mudar as propriedades da peça bruta de celulose, mas o ar ainda é usado como meio de transporte no processo de formação.

[0020] As vantagens com estas características são que o produto de celulose é fabricado em um processo de formação a seco, em que a peça bruta de celulose é formada a seco a partir das fibras de celulose na unidade de formação a seco. Ao aquecer e pressionar a peça bruta de celulose, os produtos de celulose com boas propriedades de material são obtidos. Os produtos de celulose podem, por exemplo, ser uma garrafa, um recipiente ou uma parte de um recipiente, em que o produto de celulose fabricado de acordo com o método pode substituir os produtos plásticos que são mais difíceis de reciclar. Outros produtos de celulose fabricados de acordo com o método podem, por exemplo, ser acondicionamentos, bulas, cabides, caixas, tigelas, pratos, copos, bandejas, ou coberturas. Ao pressionar as fibras de celulose com a pressão de formação pelo menos de 1 MPa com uma temperatura de formação na faixa de 100°C a 200°C, as fibras de celulose serão ligadas umas as outras de certo modo a fim de que o produto de celulose resultante tenha boas propriedades mecânicas. Os testes mostraram que temperaturas de formação mais elevadas darão ligação mais forte entre as fibras de celulose ao ser pressionada em uma pressão de formação específica. Com temperaturas de formação acima de 100°C em conjunto com uma pressão de formação de pelo menos 1 MPa, as fibras de celulose serão fortemente ligadas umas às outras. Uma temperatura de formação mais elevada aumentará a agregação de fibrila, resistência a água, o módulo de Young e as propriedades mecânicas do produto de celulose final. A alta pressão é importante para a agregação de fibrila entre as fibras de celulose no produto de celulose. Nas temperaturas maiores do que 200°C, as fibras de celulose serão termicamente degradadas e, por conseguinte, as temperaturas acima de 200°C devem ser evitadas.

[0021] De acordo com um aspecto da descrição, a peça bruta de celulose é formada em um produto de celulose tendo um formato plano ou essencialmente não plano. Deste modo, muitos tipos diferentes de produtos podem ser fabricados, incluindo peças brutas essencialmente bidimensionais que podem ser usadas para formação de produtos tridimensionais.

[0022] De acordo com outro aspecto da descrição, a pressão de formação está na faixa de 1 MPa a 100 MPa. Dentro desta faixa de pressão, a formação dos produtos de celulose com as propriedades desejadas pode ser obtida, e o nível de pressão pode ser ajustado para ajustar as necessidades específicas dos tipos de produtos a serem formados.

[0023] De acordo com um aspecto adicional da descrição, o aquecimento da peça bruta de celulose pelo menos parcialmente ocorre antes de pressionar a peça bruta de celulose. Com esta opção, a peça bruta de celulose pode ser pré-aquecida antes de pressionar a peça bruta de celulose no molde de formação. Como alternativa, a peça bruta de celulose pode ser pré- aquecida até certo ponto antes de pressionar e ainda aquecida ao ser pressionada.

[0024] De acordo com outro aspecto da descrição, o molde de formação é aquecido antes de pressionar a peça bruta de celulose. Através do aquecimento do molde de formação, o calor será transferido para a peça bruta de celulose ao ser colocado no molde de formação. Deste modo, a temperatura de formação da peça bruta de celulose pode ser obtida de um modo eficiente através de transferência de calor do molde de formação.

[0025] De acordo com um aspecto da descrição, a unidade de formação a seco compreende uma unidade de separação, um arame de formação e uma unidade de compactação, em que o método compreende adicionalmente as etapas: separar a celulose em fibras de celulose destacadas na unidade de separação; arranjar as fibras de celulose no arame de formação; e compactar as fibras de celulose na unidade de compactação para formar a peça bruta de celulose. Deste modo uma formação eficiente da peça bruta de celulose é efetuada. A unidade de formação a seco pode ser arranjada como uma unidade de processo, que é parte de um processo de fabricação contínua em que o produto de celulose é produzido. A unidade de formação a seco pode também ser colocada longe do aparelho de formação de celulose em que a peça bruta de celulose preferivelmente pode ser fornecida em rolos para o aparelho de formação de celulose.

[0026] De acordo com outro aspecto da descrição, o método compreende adicionalmente a etapa: aplicar um agente de encolamento às fibras de celulose para aumentar as propriedades hidrofóbicas e/ou resistência mecânica da peça bruta de celulose. Tipos diferentes de agentes de encolamento podem ser usados a fim de aumentar as propriedades hidrofóbicas e/ou resistência mecânica do produto de celulose produzido a partir da peça bruta de celulose, que pode depender do tipo do produto produzido. Como um exemplo, os agentes de encolamento podem ser fluoroquímicos, dimero de alquil ceteno (AKD), anidrido succínico de alquenila (ASA), rosina (encolamento ácido), cera, lignina e vidro líquido (silicato de sódio).

[0027] De acordo com um aspecto adicional da descrição, a peça bruta de celulose é formada como uma rede de celulose contínua na unidade de formação a seco. A rede de celulose contínua pode ser usada em um processo de fabricação contínua, em que a rede de celulose contínua é formada a seco a partir das fibras de celulose na unidade de formação a seco e em seguida transportada para o molde de formação.

[0028] De acordo com outro aspecto da descrição, a rede de celulose contínua é alimentada intermitentemente ao molde de formação por uma unidade de alimentação. Através da alimentação intermitente da rede de celulose contínua para o molde de formação, a formação da rede de celulose contínua e a formação do produto de celulose no molde de formação pode ser parte da mesma unidade de produção para uma produção eficiente dos produtos de celulose a partir das fibras de celulose.

[0029] A descrição adicionalmente diz respeito a um aparelho de formação de produto de celulose para fabricação de um produto de celulose, em que o aparelho de formação de produto de celulose compreende uma unidade de formação a seco para formação de uma peça bruta de celulose e um molde de formação para formação do produto de celulose, em que o aparelho de formação de produto de celulose é configurado para implementar o método para fabricação do produto de celulose. As vantagens com estas características são que o produto de celulose é fabricado em um aparelho de formação de produto de celulose em um processo de formação a seco, em que a peça bruta de celulose é formada a seco a partir das fibras de celulose na unidade de formação a seco. Ao aquecer e pressionar a peça bruta de celulose, os produtos de celulose com boas propriedades de material são obtidos.

[0030] De acordo com um aspecto da descrição, a peça bruta de celulose é formada no molde de formação em um produto de celulose tendo um formato plano ou essencialmente não plano. Muitos tipos diferentes de produtos podem ser fabricados, incluindo peças brutas essencialmente bidimensionais que podem ser usadas para formação de produtos tridimensionais

[0031] De acordo com outro aspecto da descrição, a unidade de formação a seco compreende uma unidade de separação para separar a celulose em fibras de celulose destacadas, um arame de formação para as fibras de celulose, e uma unidade de compactação para compactar as fibras de celulose para formar a peça bruta de celulose.

[0032] De acordo com um aspecto adicional da descrição, o molde de formação é aquecido por uma unidade de aquecimento. Com a unidade de aquecimento, a peça bruta de celulose pode ser pré-aquecida antes de pressionar a peça bruta de celulose no molde de formação. Como alternativa, a peça bruta de celulose pode ser pré-aquecida até certo ponto antes de pressionar e ainda aquecida ao ser pressionada. A unidade de aquecimento pode ser integrada no molde de formação a fim de que o calor será transferido para a peça bruta de celulose ao ser colocada no molde de formação. Deste modo, a temperatura de formação da peça bruta de celulose pode ser obtida de um modo eficiente através de transferência de calor do molde de formação.

[0033] De acordo com um aspecto da descrição, um agente de encolamento ou outras substâncias são aplicados às fibras de celulose por uma unidade de aplicação. A unidade de aplicação pode, por exemplo, ser na forma de um bocal de pulverização ou um dispositivo semelhante, que é a adição do agente de encolamento às fibras de celulose na unidade de formação a seco.

[0034] De acordo com outros aspectos da descrição, a unidade de formação a seco está formando a peça bruta de celulose como uma rede de celulose contínua, e adicionalmente a rede de celulose contínua é alimentada intermitentemente ao molde de formação por uma unidade de alimentação. A rede de celulose contínua pode ser usada em um processo de fabricação contínua, em que a rede de celulose contínua é formada a seco a partir das fibras de celulose na unidade de formação a seco e em seguida transportada para o molde de formação. Através da alimentação intermitente da rede de celulose contínua para o molde de formação pela unidade de alimentação, a formação da rede de celulose contínua e a formação do produto de celulose no molde de formação pode ser parte da mesma unidade de produção para uma produção eficiente dos produtos de celulose a partir das fibras de celulose.

[0035] A descrição adicionalmente diz respeito a um produto de celulose tendo um formato plano ou essencialmente não plano. O produto de celulose pode compreender pelo menos 90 por cento em peso de fibras de celulose.

Breve Descrição dos Desenhos

[0036] Estes e outros aspectos da presente descrição serão agora descritos de forma mais detalhada, com referência aos desenhos anexos mostrando o exemplo das modalidades da descrição, em que: A Figura 1 mostra esquematicamente, um aparelho de formação de produto de celulose de acordo com a descrição, A Figura 2 a-b mostra esquematicamente uma primeira configuração alternativa do dispositivo de compressão, usando membrana de múltiplos usos, mostrando o estágio inicial (a) e estágio comprimido (b) de acordo com um exemplo de modalidade da presente descrição; A Figura 3 a-b mostra esquematicamente uma segunda configuração alternativa do dispositivo de compressão, compreendendo barreira integrada de material de uso único, mostrando o estágio inicial (a) e estágio comprimido (b) de acordo com um exemplo de modalidade da presente descrição; A Figura 4 a-d mostra esquematicamente uma terceira configuração alternativa do componente e dispositivo de compressão, usando barreira integrada de material de uso único e modelagem por sopro, mostrando o estágio inicial (a & b) e estágio comprimido (c) de acordo com um exemplo de modalidade da presente descrição; A Figura 5 a-b mostra esquematicamente uma quarta configuração alternativa do dispositivo de compressão, usando membrana de múltiplos usos, mostrando o estágio inicial (a) e estágio comprimido (b) de acordo com um exemplo de modalidade da presente descrição; A Figura 6 a-c mostra esquematicamente uma quinta configuração alternativa da compressão, usando controle da pressão da compensação da cavidade, mostrando o estágio inicial (a & b) e estágio comprimido (c) de acordo com um exemplo de modalidade da presente descrição; A Figura 7 a-b mostra esquematicamente uma sexta configuração alternativa do dispositivo de compressão, usando compensação de espessura de peça bruta, mostrando o estágio inicial (a) e estágio comprimido (b) de acordo com um exemplo de modalidade da presente descrição; e A Figura 8a-c esquematicamente mostra uma configuração alternativa do dispositivo de compressão, usando uma membrana flexível maciça, de acordo com a descrição; e A Figura 9a-c esquematicamente mostra outra configuração alternativa do dispositivo de compressão, usando uma membrana flexível maciça, de acordo com a descrição.

Descrição do Exemplo das Modalidades

[0037] Vários aspectos da descrição serão daqui em diante descritos em conjunto com os desenhos anexos para ilustrar e não limitar a descrição, em que designações semelhantes denotam elementos semelhantes, e variações dos aspectos descritos não são restritas às modalidades especificamente mostradas, mas são aplicáveis em outras variações da descrição.

[0038] Na presente descrição detalhada, um método para fabricação de um produto de celulose, um aparelho de formação de produto de celulose, e um produto de celulose será descrito.

[0039] Várias modalidades de peças brutas ou materiais de chapa de acordo com a descrição são principalmente discutidas com referência a uma peça bruta de celulose colocada na posição para a formação em um molde de formação, em uma forma plana. Deve ser observado que isto de modo algum limita o escopo da presente invenção, que bem igualmente inclui, por exemplo, uma peça bruta pré-moldada em um objeto tridimensional. Por exemplo, a peça bruta pode ser apresentada para o molde de formação em uma forma semelhante para a forma final desejada do objeto. Outra modalidade pode compreender uma peça bruta de celulose, que é fornecida para o molde em uma rede em um rolo.

[0040] Uma forma plana pode se refere a uma forma de modo geral bidimensional (2D), tal como, por exemplo, a forma de uma peça bruta ou um material de chapa, e formas essencialmente não planas podem se referir a qualquer forma tridimensional adequada (3D). Um objeto de acordo com a descrição pode ser feita de uma forma bidimensional, uma forma tridimensional, ou formada de uma forma tridimensional a partir de uma peça bruta bidimensional ou material de chapa.

[0041] Além do mais, ao esquematicamente mostrar uma chapa coerente de fibras de celulose, isto de modo algum limitará o escopo da presente invenção, que bem igualmente inclui, por exemplo, peças brutas com fibras separadas e soltas aplicadas ao molde de formação.

[0042] Na presente descrição detalhada, várias modalidades dos produtos de celulose tridimensionais a serem formados e o molde para formar os produtos de celulose de acordo com a presente invenção são principalmente discutidas com referência a uma bacia oca, um copo oco ou uma garrafa oca, com espessura principalmente uniforme. Deve ser observado que isto de modo algum limita o escopo da presente invenção, que bem igualmente inclui, por exemplo, formas complexas com espessura diferente, partes não ocas ou objetos maciços. Por exemplo, o objeto pode vantajosamente compreender enrijecedores, vincos, furos, texto em forma 3D, dobradiças, fechaduras, fios, encaixes, pés, manípulos ou padrões de superfície.

[0043] Na figura 1, um método para fabricação de um produto de celulose em um aparelho de formação de produto de celulose 18 é esquematicamente mostrado, em que uma peça bruta de celulose 1a é formada a seco em uma unidade de formação a seco 11, arranjada em um molde de formação 3, aquecida até uma temperatura de formação e pressionada no molde de formação 3 com uma pressão de formação. Em uma primeira etapa, a peça bruta de celulose 1a é formada a seco na unidade de formação a seco 11. A unidade de formação a seco 11 é na figura 1 esquematicamente ilustrada com uma linha pontilhada e compreende uma unidade de separação 13, uma caixa de formação 23, um arame de formação 14 e uma unidade de compactação 15. A peça bruta de celulose 1a está no método formado em um produto de celulose tendo um formato plano ou essencialmente não plano.

[0044] Na unidade de separação 13, a celulose é separada em fibras de celulose destacadas 12. A celulose usada na unidade de separação 13 pode vir de qualquer fonte adequada, tal como, por exemplo, polpa de madeira e pasta macia, ou fibras de celulose de algodão, linho, cânhamo, cana de açúcar e grãos. Outros tipos de celulose podem, da mesma forma, ser usados e dependendo do desenho da unidade de separação 13 pode, até mesmo, ser possível reutilizar as fibras de celulose de têxteis, papel, papelão ou outras fontes adequadas. Como um exemplo, a unidade de separação pode ser um moinho de martelos convencional. Pasta macia virgem padrão pode ser usada como matéria-prima de celulose e pode, por exemplo, ser adquirida no mercado aberto em rolos. Na figura 1, um rolo 21 de, por exemplo, pasta macia é usada como matéria-prima, que é alimentado na unidade de separação 13.

[0045] As fibras de celulose 12 são arranjadas no arame de formação 14 de um modo convencional dentro da unidade de formação a seco 11. As fibras de celulose destacadas 12 podem ser retiradas da unidade de separação 13 por um ventilador centrífugo 22 e sopradas na caixa de formação 23, que, por exemplo, pode ser na forma de uma torre de cardagem de ar, arranjada acima do arame de formação 14. A caixa ou torre de formação 23 compreende um alojamento com um fundo aberto provendo acesso direto para as fibras de celulose destacadas 12 no arame de formação subjacente 14. Uma caixa a vácuo 24 pode ser arranjada por baixo da parte superior do arame de formação 14. O ventilador centrífugo 22 está fornecendo as fibras de celulose destacadas 12 no interior da caixa de formação 23 e um número de rolos de separação de fibra 25 em uma ou mais fileiras pode ser arranjado no alojamento da caixa de formação entre a entrada da fibra e a parte inferior do alojamento da caixa de formação para distribuir as fibras de celulose 12 uniformemente no arame de formação 14. O ventilador centrífugo 22 está assim extraindo as fibras de celulose destacadas 12 da unidade de separação 13 e está soprando as fibras de celulose 12 na caixa de formação 23. As fibras de celulose 12 são retiradas pelo vácuo na caixa a vácuo 24 no arame de formação 14 a fim de formar uma rede de celulose que é ainda transportada pelo arame de formação 14 para a unidade de compactação 15. O arame de formação 14 pode ser arranjado de um modo convencional como uma correia sem fim feita, por exemplo, de uma estrutura de malha de tecido, cuja correia sem fim pode ser movida continuamente com uma velocidade constante durante a formação da rede de celulose. A densidade da rede de celulose pode ser escolhida a fim de que seja adequada para o produto de celulose a ser formado. O arame de formação 14 pode ser arranjado de um modo convencional como uma correia sem fim feita, por exemplo, a partir de uma estrutura de malha de tecido, cuja correia sem fim pode ser movida continuamente com uma velocidade constante durante a formação da rede de celulose. A densidade da rede de celulose pode ser escolhida a fim de que seja adequada para o produto de celulose a ser formado.

[0046] A fim de formar a peça bruta de celulose 1a a partir da rede de celulose, as fibras de celulose 12 são compactadas ou calendarizadas na unidade de compactação 15. A unidade de compactação 15 pode ser projetada com um ou mais rolos de calandragem ou de compactação integrados na unidade de formação a seco 11 e um ou mais rolos de compactação podem ser arranjados juntos com o arame de formação 14. Como um exemplo, um rolo de compactação pode ser arranjado acima do arame de formação, a fim de que o rolo de compactação seja a aplicação de uma pressão de compactação na rede de celulose formada no processo de formação a seco. Deste modo, a peça bruta de celulose 1a é formada como uma rede de celulose contínua 16 na unidade de formação a seco 11. Os rolos de calandragem ou de compactação podem ser aquecidos ao compactar as fibras de celulose 12.

[0047] A formação a seco da peça bruta de celulose 1a pode ocorrer como uma etapa do processo separado, em que a peça bruta de celulose 1a pode ser empilhada em chapa ou arranjada como uma rede enrolada, antes da formação do produto de celulose. Como alternativa, a formação a seco da peça bruta de celulose 1a pode ser parte de um processo contínuo, como mostrado na figura 1, em que o produto de celulose é fabricado no aparelho de formação de produto de celulose, e a formação a seco da peça bruta de celulose 1a será então uma etapa do processo inicial antes de arranjar, aquecer, e pressionar a peça bruta de celulose 1a no molde de formação 3.

[0048] A fim de formar o produto de celulose, a peça bruta de celulose 1a é arranjada no molde de formação 3, em que a peça bruta de celulose 1a depois disso é aquecida até uma temperatura de formação na faixa de 100°C a 200°C e em seguida pressionada no molde de formação 3 com uma pressão de formação de pelo menos 1 MPa. O aquecimento e prensagem da peça bruta de celulose 1a no molde de formação 3 serão ainda descritos abaixo. Os testes mostrados que os níveis de pressão adequados podem estar na faixa de 1-100 MPa. O aquecimento da peça bruta de celulose 1a pode ocorrer antes da prensagem no molde de formação 3 ou pelo menos parcialmente antes da prensagem no molde de formação 3. Como alternativa, o aquecimento da peça bruta de celulose 1a está ocorrendo no molde de formação 3 ao ser pressionada. O aquecimento da peça bruta de celulose 1a pode, por exemplo, ser efetuado através do aquecimento do molde de formação 3 antes de pressionar a peça bruta de celulose 1a. A pressão pode, da mesma forma, ser aplicada antes de aquecer a peça bruta de celulose 1a, e, por exemplo, o aquecimento da peça bruta de celulose pode ocorrer no molde de formação 3 durante a prensagem.

[0049] Ao pressionar as fibras de celulose com a pressão de formação pelo menos de 1 MPa com uma temperatura de formação na faixa de 100°C a 200°C, as fibras de celulose 12 serão ligadas umas as outras de certo modo a fim de que o produto de celulose resultante tenha boas propriedades mecânicas. Os testes mostraram que as temperaturas de formação mais elevadas proporcionam ligação mais forte entre as fibras de celulose 12 ao ser pressionadas em uma pressão de formação específica. Quando as temperaturas de formação acima 100°C em conjunto com uma pressão de formação de 1-100 MPa, as fibras de celulose 12 serão fortemente ligadas umas as outras. Uma temperatura de formação mais elevada aumentará a agregação de fibrila, resistência a água, módulo de Young e as propriedades mecânicas do produto de celulose final. A alta pressão é importante para a agregação de fibrila entre as fibras de celulose 12 no produto de celulose. Nas temperaturas maiores do que 200°C, as fibras de celulose 12 serão termicamente degradadas e, por conseguinte, as temperaturas acima 200°C devem ser evitadas. A pressão de formação e a temperatura de formação podem ser escolhidas para serem adequadas para o produto de celulose específico a ser produzido.

[0050] A peça bruta de celulose 1a pode ser arranjada no molde de formação 3 de qualquer modo adequado, e como um exemplo, a peça bruta de celulose 1a pode de ser manualmente arranjada no molde de formação 3. Outra alternativa é arranjar um dispositivo de alimentação para a peça bruta de celulose 1a, que está transportando a peça bruta de celulose 1a para o molde de formação. O dispositivo de alimentação pode, por exemplo, ser uma correia transportadora, um robô industrial, ou qualquer outro equipamento de fabricação adequado. Se a formação a seco da peça bruta de celulose 1a é parte de um processo de fabricação contínua em que o produto de celulose é produzido, como mostrado na figura 1, a peça bruta de celulose 1a pode ser alimentada até o molde de formação 3 a partir da unidade de formação a seco 11 com o arame de formação 14. Mais especificamente, a peça bruta de celulose 1a poderia ser alimentada intermitentemente ao molde de formação 3 por uma unidade de alimentação 17 se o arame de formação 14 está se movendo com uma velocidade constante através da unidade de formação a seco 11 e a formação dos produtos de celulose no molde de formação 3 está ocorrendo nas etapas do processo intermitente.

[0051] A peça bruta de celulose pode, como um exemplo, ser alimentada intermitentemente ao molde de formação através de uma unidade de alimentação 17 na forma de um arranjo da zona do tampão, como mostrado na figura 1. Um braço pivotante 26 com um rolo de elevação eleva e inclina a peça bruta de celulose 1a em um arco suave com um movimento servo controlado sincronizado. Deste modo, um comprimento adequado da peça bruta de celulose 1a é tamponado para permitir que a alimentação incremental sob demanda da peça bruta de celulose 1a no molde de formação 3. Quando o braço pivotante 26 é baixado, a peça bruta de celulose tamponada 1a pode ser alimentada intermitentemente ao molde de formação 3. O braço pivotante 26 é assim elevado e baixado de um modo repetido para realizar o tamponamento da peça bruta de celulose 1a, a fim de que a peça bruta de celulose 1a possa ser alimentada intermitentemente ao molde de formação 3, através, por exemplo, de rolos de alimentação 27 arranjados após o braço pivotante 26.

[0052] Como alternativa, ao invés de usar uma unidade de alimentação 17, o movimento do molde de formação 3 pode ser reciprocado e sincronizado com a alimentação da peça bruta de celulose 1a, permitindo velocidade constante da peça bruta de celulose 1a através do processo de produção. Deste modo, o molde de formação se move com e na direção da alimentação da peça bruta de celulose durante a prensagem do produto de celulose.

[0053] Como descrito acima, o produto de celulose é fabricado a partir das fibras de celulose 12, e o produto de celulose pode compreender pelo menos 90 por cento em peso de fibras de celulose. Seria possível ter um produto de celulose fabricado a partir das fibras de celulose apenas, mas os agentes de encolamento ou outros aditivos adequados podem ser aplicados às fibras de celulose 12 para aumentar as propriedades hidrofóbicas, resistência mecânica e/ou outras propriedades da peça bruta de celulose 1a. Os agentes de encolamento ou aditivos podem ser aplicados na formação da peça bruta de celulose 1a, por exemplo, na unidade de separação 13. Outras substâncias adequadas que podem ser adicionadas às fibras de celulose podem, por exemplo, ser de formas diferentes de amido, um tal, amido de batatas, grão ou milho na forma de pó, que pode ser adicionado às fibras de celulose 12 antes da formação do produto de celulose no molde de formação 3. Ao adicionar amido, a resistência do produto de celulose final será aumentada. Como um exemplo, o produto de celulose pode compreender 90-98 por cento em peso de fibras de celulose e 2-10 por cento em peso de outras substâncias, tais como, amido, agentes de encolamento, e/ou outras substâncias e aditivos adequados. Pode, da mesma forma, ser possível ter uma quantidade menor de fibras de celulose do que 90 por cento em peso de se outras substâncias adequadas são usadas. Outras substâncias adequadas que podem ser adicionadas às fibras de celulose são, por exemplo, aditivos ou agentes de encolamento tradicionalmente usados na formação a úmido dos produtos de papel, fluoroquímicos, dímero de alquil ceteno (AKD), anidrido succínico de alquenila (ASA), rosina (encolamento ácido), cera, lignina e vidro líquido (silicato de sódio). A fim de assegurar que o produto de celulose possa ser reciclado após o uso, as substâncias adicionadas podem ser biodegradáveis ou adequadas para reciclagem.

[0054] Como descrito acima em relação à figura 1, o aparelho de formação de produto de celulose 18 compreende uma unidade de formação a seco 11 para formação da peça bruta de celulose 1a e um molde de formação 3 para formação do produto de celulose. O aparelho de formação de produto de celulose 18 pode ser construído como uma unidade de produção contínua para produtos de celulose como uma única unidade de produção, em que os produtos de celulose são fabricados a partir de matéria-prima de celulose. A peça bruta de celulose 1a é primeiro formada na unidade de formação a seco 11 e em seguida formada em um produto de celulose no molde de formação 3, em que o produto de celulose pode ter um formato plano ou essencialmente não plano.

[0055] A unidade de formação a seco compreende a unidade de separação 13 para separar a celulose em fibras de celulose destacadas 12, a caixa de formação 23 e arame de formação 14 para as fibras de celulose 12, e a unidade de compactação 15 para compactar as fibras de celulose 12 para formar uma peça bruta de celulose 1a. Como mostrado na figura 1, uma unidade de aquecimento separadamente arranjada 19 está aquecendo a peça bruta de celulose 1a antes da prensagem da peça bruta de celulose 1a no molde de formação 3. Como alternativa, o molde de formação 3 pode ao invés de ser aquecido pela unidade de aquecimento 19, em que um meio de fluido aquecido, um aquecedor elétrico, ou outro meio adequado de aquecimento é usado para o aquecimento do molde de formação 3.

[0056] O agente de encolamento, aditivo ou outras substâncias necessárias são aplicados às fibras de celulose 12 por uma unidade de aplicação 20. A unidade de aplicação pode, por exemplo, ser na forma de um ou mais bocais de pulverização ou dispositivos semelhantes, que é a adição dos agentes de encolamento ou outras substâncias às fibras de celulose 12 na unidade de formação a seco 11.

[0057] A unidade de alimentação 17 é arranjada após a unidade de formação a seco a fim de que a peça bruta de celulose 1a na forma de uma rede de celulose contínua 16 possa ser alimentada intermitentemente ao molde de formação 3 pela unidade de alimentação 17.

[0058] A seguir, a formação do produto de celulose a partir da peça bruta de celulose 1a no molde de formação 3 adicionalmente será descrita. Os métodos de formação do produto de celulose a partir da peça bruta de celulose 1a no molde de formação 3 descrito abaixo pode ser parte de um método de formação do produto de celulose contínuo, e os diferentes tipos de moldes de formação 3 descritos podem ser integrados no aparelho de formação de produto de celulose 18.

[0059] O molde de formação 3, que pode ser um dispositivo de compressão definido pela força, de acordo com um exemplo de modalidade da presente descrição serão agora descritos com referência às figuras 2a-b. Na figura 2a, uma vista lateral esquemática do dispositivo de compressão ou dispositivo de modelagem por pressão, na forma de o molde de formação 3 para fibras de celulose usando calor é mostrado em um estado aberto. O dispositivo de compressão ou molde de formação 3 pode ser construído a fim de que uma pressão isostática seja aplicada durante a formação do produto de celulose. A pressão aplicada pode, da mesma forma, não ser isostática a fim de que diferentes níveis de pressão sejam aplicados em diferentes partes do molde de formação 3 durante a formação do produto de celulose.

[0060] O molde de formação 3 desta modalidade da presente descrição usa uma peça do molde de formação rígida 2a colocada sob uma membrana de múltiplos usos 4. A membrana 4 constitui um selo para um meio de pressão ou fluido 5, tal como, por exemplo, óleo hidráulico, contido em uma câmara de pressão, não mostrada na figura. A membrana 4, da mesma forma chamada diafragma, pode preferivelmente ser feita de borracha, silício, elastômero ou poliuretano.

[0061] Os dispositivos de prensa similares são encontrados em indústrias completamente diferentes como, por exemplo, durante a formação de chapas de metal para aeronaves ou processamento de pó metálico em materiais homogêneos. As prensas para propósitos convencionais normalmente usam pressão muito alta, tal como, dentro da faixa de 100-200 MPa (1000-2000 bar).

[0062] A peça bruta de celulose 1a, principalmente compreendendo fibras de celulose com alguns aditivos e agentes, foi, como mostrada na figura 2a, colocada em um espaço entre a membrana 4 e a peça do molde de formação rígida 2a, que na figura 2a é arranjada abaixo da membrana 4. A peça bruta de celulose 1a pode, da mesma forma, conter uma quantidade de água, que, por exemplo, pode depender da umidade da atmosfera circundante.

[0063] A fim de formar o produto de celulose, ou uma parte de um produto de celulose, a partir da peça bruta de celulose 1a, a peça bruta de celulose 1a, tem que ser aquecida até uma temperatura de formação T1, que pode estar na faixa de 100°C a 200°C. A peça do molde de formação 2a pode ser aquecida até uma temperatura desejada T2 a fim de que o calor seja transferido para a peça bruta de celulose 1a a fim de atingir a temperatura de formaçãoT1 da peça bruta de celulose 1a. O molde de formação 3 pode, por exemplo, ser pré-aquecido até uma temperatura de 150-170°C bombeando-se o óleo aquecido nos canais internos 7 da peça do molde de formação 2a. Um modo alternativo de pré-aquecer o molde de formação 3 é usar resistores elétricos integrados, não mostrados na figura. A peça bruta de celulose 1a pode, da mesma forma, ser pré-aquecida, por exemplo, usando-se raios infravermelhos antes da entrada da ferramenta. Aquecer o meio de pressão 5 até uma temperatura do meio de pressão T5 pode, da mesma forma, ser uma alternativa adequada.

[0064] Na figura 2b, óleo hidráulico usado como meio de pressão 5 foi pressurizado a uma pressão de pelo menos 1 MPa, e a membrana 4 envolveu o molde de formação aquecido 2a com o material comprimido 1b formando o produto de celulose no meio. Uma pressão adequada P1 durante a formação do produto de celulose pode estar dentro da faixa de 1-100 MPa. Ao aplicar uma pressão adequada, as fibras de celulose são comprimidas. A pressão aplicada pode ser uniforme ou isostática a fim de comprimir as fibras de celulose uniformemente independente de sua posição relativa no molde de formação 2a e independente da quantidade local atual das fibras. Em uma modalidade alternativa, a pressão pode ao invés de não ser isostática a fim de que diferentes níveis de pressão em diferentes partes do molde de formação 3 são usados para formar o produto de celulose. Isto pode, por exemplo, ser usado se diferentes propriedades estruturais em diferentes partes do produto de celulose são desejadas.

[0065] O dispositivo de compressão pode compreender um dispositivo de controle de fluido (não mostrado nas figuras) para o meio de pressão 5, e pode ser um ativador comprimindo do fluido ou um dispositivo de controle de fluxo de fluido controlável permitindo o fluido pressurizado entrar na câmara de pressão tendo a membrana flexível 4 como uma parte de uma parede da mesma. O aparelho pode compreender o fluido, ou o fluido pode ser o ar retirado da atmosfera circundante.

[0066] Os atuais inventores constataram que uma pressão P1 de 4 MPa (40 bar) em uma temperatura de 160°C durante a formação do produto de celulose produze uma agregação de fibrila nas fibras de celulose que compara com muitos termoplásticos após 10 segundos de tempo de retenção.

[0067] A fim de reduzir o tempo de ciclo para produção industrial de produtos de celulose a partir do material comprimido 1b, o resfriamento do dito material comprimido 1b pode, por exemplo, ser feito bombeando-se o óleo resfriado nos canais internos 7 arranjados na peça do molde de formação 2a ou na câmara de pressão em que o peça do molde de formação 2a temperatura T2 e temperatura do meio de pressão T5 rapidamente pode ser baixada após a agregação de fibrila ter terminado nas fibras de celulose.

[0068] O processo e o dispositivo retornarão a seu estado aberto mostrado na figura 2a baixando-se o meio de pressão 5 até a pressão atmosférica P0 em que a dita membrana 4 vai se retrair para seu estado inicial mais ou menos plano e em que o produto de celulose acabado pode ser ejetado e ser cortado isento das fibras de celulose comprimidas ou não comprimidas residuais indesejadas.

[0069] A espessura final t1 do produto de celulose pode variar ligeiramente dependendo da quantidade local atual fibras de celulose.

[0070] Em uma modalidade alternativa, uma peça do molde de formação rígida pode ser usada ao invés da membrana maleável ou flexível 4, que pode ser adequada se diferentes níveis de pressão são desejados durante a formação do produto de celulose. O uso de uma membrana flexível 4 pode prover um método de compressão isostática resultando em um produto de celulose homogêneo com alta resistência e curto tempo de ciclo de produção.

[0071] Com referência às figuras 3a-b, a membrana de múltiplos usos 4 nas figuras 2a-b foi substituída por uma membrana de uso único compreendendo uma barreira de película fina 6 em que a dita barreira de película 6 pode ser pré-aplicada à peça bruta de celulose 1a quando a peça bruta de celulose 1a foi produzida ou em que a barreira de película 6 é provida para o dispositivo de compressão, por exemplo, dos rolos, não mostrados nas figuras, e aplicados à peça bruta de celulose 1a durante a compressão isostática da peça bruta de celulose 1a.

[0072] A dita barreira de película fina 6 pode ser feita de um material termoplástico como PET, biopolietileno, ou PLA, tendo uma espessura dentro da faixa de 1- 700 μm.

[0073] A Figura 3a esquematicamente mostra o método compreendendo um dispositivo de compressão ou molde de formação 3 em seu estado aberto inicial, usando a barreira de película fina 6 aplicada às fibras de celulose 1a, compreendendo uma peça do molde de formação negativa inferior 2b pré-aquecida à temperatura T2 e um meio de pressão ou fluido 5, preferivelmente gás ou ar na pressão atmosférica, contido na câmara de pressão, não mostrada na figura.

[0074] A Figura 3b mostra o mesmo dispositivo e peça bruta de celulose 1a como mostrado na figura 3a no estado comprimido em que o meio de pressão 5, ar preferivelmente comprimido ou um líquido não contaminante como água, foi pressurizado até a pressão P1 e em que a barreira de película fina 6 separa e veda o meio de pressão a partir do material comprimido 1b da peça bruta de celulose 1a e em que o meio de pressão 5 e a membrana 6 formando pressão igual agindo nas fibras de celulose através da superfície de formação aquecida, com uma temperatura T2, da dita peça do molde de formação 2b.

[0075] Ao manter uma pressão específica a uma temperatura específica durante um certo período de tempo X, a agregação de fibrila nas fibras de celulose criará um componente do bio-compósito do material comprimido 1b com propriedades mecânicas próximas aos termoplásticos. Se como um exemplo, a pressão P1 sendo de 4 MPa (40 bar), a temperatura de formação T1 sendo de 140°C, a temperatura T2 da peça do molde de formação 2b sendo 160°C, e o período de tempo X sendo de 10 segundos, o componente do bio-compósito do material comprimido 1b com propriedades mecânicas próximas aos termoplásticos pode ser obtido. O período de tempo X pode, por exemplo, variar de 0,1 segundos a vários segundos, dependendo da temperatura de formação da peça bruta de celulose e da pressão aplicada.

[0076] Ao remover o meio de pressão 5 e baixando a pressão até a pressão atmosférica P0 após o período de tempo X, o produto de celulose formado pelo material comprimido 1b pode ser ejetado e se necessário cortado em seu formato final.

[0077] Uma vantagem com o método discutido nas figuras 3a-b é que a barreira de película 6 da mesma forma pode funcionar como uma barreira em direção aos outros meios a serem expostos ao componente durante o uso. Por exemplo, se o produto de celulose provido com a barreira de película 6 é uma bacia para saladas em movimento é desejado ter uma barreira 6 proteger as fibras de celulose no material comprimido 1b do contato com os vegetais e para diminuir as características higroscópicas da bacia. Este método pode, da mesma forma, ser usado para produção de garrafas ou recipientes para produtos líquidos, e o produto de celulose pode assim ser adequado para acondicionamento de diferentes tipos de líquidos ou bebidas, incluindo líquidos carbonatados.

[0078] Voltando às figuras 4a-d, o molde de formação 3 compreende pelo menos duas partes ou superfícies de formação negativas fecháveis e abertas 2a, 2b, envolvendo uma peça bruta de celulose em formato de tubo 1a compreendendo uma barreira de película 6 em que a camada externa é fibras de celulose não comprimidas e seus aditivos e a camada interna 6 de uma membrana de uso único compreendendo uma barreira de película fina 6. A peça bruta pode preferivelmente ser fornecida para o dispositivo de compressão em rolos, não mostrados na figura, no formato plano em que a peça bruta é formada em um formato de tubo, não mostrado na figura, envolvendo um bocal de meio de pressão 8.

[0079] Na figura 4a, o molde de formação 3 com as partes ou superfícies de formação2a, 2b são pré-aquecidas a temperatura do molde de formação T2, e são esquematicamente mostrados no estágio inicial aberto do método do processo de formação. A peça bruta de celulose em formato de tubo 1a com a barreira de película 6 é fornecida da parte de cima envolvendo o bocal de meio de pressão fixo 8, que significa que a peça bruta de celulose em formato de tubo 1a com a barreira de película 6 é fornecida em uma direção de cima para as superfícies de formação 2a, 2b.

[0080] Ao fechar o molde de formação pré-aquecido 3, uma força de fechamento Fc é aplicada, que é maior do que uma força de abertura criada pela pressão P1 aplicada pelo meio de pressão 9 ao interior do molde de formação 3 pelo bocal de meio de pressão 8, mostrado na figura 4c. O estado fechado do molde de formação 3 com as superfícies de formação 2a, 2b é esquematicamente mostrado nas figuras 4 b-c. A força de fechamento Fc e o desenho das superfícies de formação 2a, 2b adjacentes à parte de cima e parte de baixo da cavidade irá selar o volume interno da peça bruta de celulose 1a da pressão atmosférica externa P0.

[0081] Em uma modalidade alternativa, não mostrada nas figuras, a peça bruta de celulose 1a pode ser cortada pelos moldes de formação a partir do material residual quando o molde de formação 3 é fechado. Uma ou ambas as peças do molde de formação podem ser providas com um dispositivo de corte, tal como, por exemplo, uma aresta de corte afiada, para cortar o produto de celulose isento de fibras de celulose comprimidas ou não comprimidas residuais indesejadas no mesmo movimento de prensagem como durante a formação do produto de celulose no molde de formação. Este dispositivo de corte pode ser projetado para se adaptar a uma espessura específica do produto de celulose. O dispositivo de corte pode cortar a aresta do produto de celulose formado em ambas os formatos bidimensionais e tridimensionais dependendo do formato desejado do produto de celulose. O dispositivo de corte pode ser construído de diferentes modos a ser eficiente para cortar o produto final, por exemplo, uma incisão estreita arranjada em uma das peças do molde de formação interagindo com uma aresta de corte saliente no outra peça do molde de formação, ou a aresta de corte arranjada em uma das peças do molde de formação interagindo com uma superfície de corte na outra peça do molde de formação. Como alternativa, o dispositivo de corte pode ser arranjado como um cortador móvel integrado no molde, que está se movendo em uma direção relativa ao movimento de prensagem.

[0082] Quaisquer fibras de celulose residuais 12, não usadas no produto de celulose, podem ser recolhidas e enviadas de volta pata a unidade de separação 13 para propósitos reciclagem.

[0083] A Figura 4c mostra a fase de agregação de fibrila e formação do método da presente invenção em que o dito volume interno da peça bruta foi cheio com o meio de pressão 9 do bocal de meio de pressão 8 e pressurizado até a pressão P1 em que o meio de pressão 9 e a membrana de uso único 6 formando pressão igual agindo nas fibras de celulose através da superfície de formação aquecida do dito moldes de formação 2a e 2b.

[0084] O processo de enchimento está ocorrendo entre as etapas mostradas nas figuras 4b e 4c, e requer canais de ar 10 para permitir que o ar fora da peça bruta de celulose 1a com a barreira de película 6 na cavidade do molde de formação 3 seja drenado durante o processo de expansão da peça bruta.

[0085] A Figura 4d ilustra um produto de celulose tridimensional na forma de um objeto oco feito a partir do material comprimido 1b e a barreira de película 6, por exemplo, uma garrafa para bebidas, formada pelo método descrito na figura 4a-c cheia com o dito meio de pressão 9, em que a barreira de película 6 separa o meio de pressão 9 das fibras de celulose comprimidas 1b.

[0086] De acordo com a presente descrição, o meio de pressão 9 pode nesta modalidade ser constituído pela bebida que é destinada a ser cheia no produto de celulose, tal como, por exemplo, leite, suco, água e bebidas carbonatadas.

[0087] A barreira de película 6 pode preferivelmente ser feita de um material termoplástico fino como PET, biopolietileno ou PLA, tendo uma espessura na faixa de 1- 700 μm, em que a barreira de película 6, convencionalmente aplicada nas embalagens de papel para bebidas, da mesma forma vedar as fibras de celulose 1b do contato com a bebida durante a armazenagem e uso do produto de celulose.

[0088] O tempo de ciclo para a etapa do processo mostrada na figura 4c pode ser reduzido se a bebida é resfriada a uma temperatura T9, por exemplo, na faixa de 1-20 °C, e cheia rapidamente, preferivelmente em menos de um segundo. Se o molde de formação 3 com as superfícies de formação 2a, 2b é pré-aquecido em uma temperatura do molde T2, que, por exemplo, é de 200 °C e a peça bruta é pré-aquecida a uma temperatura T1, de, por exemplo, 140 °C, a temperatura do meio de pressão T9 permitirá a liberação da garrafa cheia do molde de formação 3 em tempos de ciclo de segundos ou até mesmo menos.

[0089] As Figuras 5a-b esquematicamente mostram outro princípio da presente descrição, em que o dispositivo de compressão compreende pelo menos uma peça do molde de formação positiva 2a, pelo menos uma peça do molde de pressão negativa 2b e uma membrana pré-moldada de múltiplos usos 4, em que o meio de pressão 5 é pressurizado até a pressão P1 após as partes do molde 2a e 2b, envolvendo a peça bruta de celulose 1a, terem sido fechadas.

[0090] O estágio de formação final em que a agregação de fibrila nas fibras de celulose da peça bruta de celulose 1a ocorre é mostrado na figura 5b. O corte transversal ampliado mostrado na figura 5b ilustra como o meio de pressão 5 penetra no molde de formação 3 entre a peça do molde de pressão negativa superior 2b e a membrana 4 em que uma pressão P1, uniformemente comprimirá a peça bruta de celulose 1a em direção à superfície de formação do molde de formação positivo inferior pré-aquecido 2a. A penetração do meio de pressão 5 pode ser facilitada pelos entalhes menores, não mostrados na figura, na superfície da peça do molde de pressão negativa superior 2b agindo como micro canais para o meio de pressão 5.

[0091] A modalidade do dispositivo de compressão de acordo com as figuras 5a-b pode ser benéfica em relação ao método discutido nas figuras 2a- b, em que os tempos de ciclo mais curtos são preferidos. A membrana 4 não tem que se deformar na mesma extensão na modalidade mostrada nas figuras 5a-b.

[0092] Os exemplos descritos acima do método de compressão, com referência às figuras 2-5, compreende uma membrana flexível 4, que pode ser usada para prover uma pressão isostática. Deve ser entendido que a formação de objetos tridimensionais no compósito todo em celulose usando modelagem por compressão aquecida de fibras de celulose, tal como, polpa de madeira processada apenas com água pode ser obtida usando ferramentas convencionais ao mesmo tempo que ainda obtendo a pressão isostática.

[0093] Com referência às figuras 6a-c, uma peça do molde de pressão não flexível negativa pré-aquecida superior 2b e uma peça do molde de formação não flexível positiva pré-aquecida inferior 2a, envolvem a peça bruta de celulose 1a em que a espessura da cavidade t(P) entre a peça do molde de formação não flexível positiva pré-aquecida inferior 2a e a peça do molde de pressão não flexível negativa pré-aquecida superior 2b se devia da espessura uniforme nominal em que o desvio é teoricamente e/ou praticamente estabelecido para criar uma pressão isostática P1 em cada parte da peça bruta de celulose 1a em direção às partes do molde 2a e 2b quando as partes do molde são pressionadas em conjunto com a força F.

[0094] A Figura 6a esquematicamente mostra a modalidade em um estado aberto inicial com a peça bruta de celulose em um estado plano alimentado para as partes do molde em uma rede contínua 1a. A Figura 6c esquematicamente mostra a modalidade em um estado fechado com a peça bruta de celulose 1a em um estado não plano comprimido. A Figura 6b esquematicamente mostra a modalidade em um estado entre o aberto e o fechado, em um estado não plano não comprimido.

[0095] As Figuras 6a-c mostram um exemplo de um dispositivo de compressão para uma bacia oca, em que a peça do molde de formação positiva 2a tem uma forma, nominal, preferida e em que a peça do molde de pressão negativa 2b tem um formato compensado a fim de obter pressão igual P1.

[0096] Como mostrado na figura 6b a peça bruta é deformada pelas duas partes do molde 2a, 2b em que a espessura t da peça bruta de celulose 1a varia devido à fricção e deformação presa na peça bruta de celulose 1a. Neste exemplo esquemático, que pode ser alterado de muitos modos, a peça bruta de celulose 1a terminará com uma espessura mais fina tmin, adjacente à entrada da cavidade do molde de pressão 2b e uma espessura mais espessa tmax na parte de cima do molde de formação 2a.

[0097] A espessura da cavidade, s, entre as duas partes do molde 2a, 2b e é, por conseguinte, compensada à medida que a espessura da cavidade mais estreita smin esteja situada adjacente a onde a peça bruta de celulose é mais fina tmin e a espessura da cavidade mais larga smax esteja situada adjacente a onde a peça bruta de celulose não comprimida 1a é mais grossa tmax, por meio do molde de pressão negativo 2b, pressionar a peça bruta de celulose 1a contra o molde positivo de formação 2a com uma pressão de formação substancialmente igual P1 agindo na peça bruta de celulose 1a através da superfície de formação.

[0098] Além do mais, a relação entre espessura da peça bruta de celulose, t, e a espessura da cavidade, s, e a forma da cavidade final, está da mesma forma relacionada com a geração de pressão geométrica da cavidade. A força F determina a pressão P1 na parte de cima da peça do molde de formação positiva 2a ao mesmo tempo que a convexidade, espessura e ângulo da cavidade adjacente à espessura da cavidade mais estreita smin determina a pressão final P1.

[0099] Os inventores da presente invenção constataram que a forma final da cavidade é um algoritmo complexo t(P) a fim de obter pressão substancialmente isostática P1 em que tanto a análise matemática, preferivelmente FEM, quanto os testes empíricos, preferivelmente tentativa e erro, são necessários para obter a pressão igual em todo o componente.

[00100] De acordo com outra modalidade da presente descrição, sem membrana flexível, a cavidade geometricamente compensada por pressão nas figuras 6a-c pode ser substituída por compensação de espessura da peça bruta de celulose.

[00101] As Figuras 7a-b esquematicamente mostram uma peça do molde de formação negativa por pressão não compensada tradicional 2b e uma peça do molde de formação positiva não compensada 2a, com uma espessura da cavidade nominal e igual preferida, t, em que a peça bruta tem uma espessura compensada por pressão entre tmin-tmax estabelecida com a mesma teoria e do mesmo modo como descrito para a modalidade discutida em relação às figuras 6a-c.

[00102] A preferência para o método de criação de pressão isostática sem membrana flexível, apresentada em relação às figuras 6a-c e 7a-b, se refere ao mais curto tempo de ciclo e menor custo para o dispositivo de compressão. Entretanto, o esforço de desenvolvimento pode ser mais caro para o método usando moldes rígidos.

[00103] A vantagem de usar o método descrito em relação às figuras 7a-b sobre o método descrito em relação às figuras 6a-c é a espessura uniforme obtida t1 do produto de celulose final. Entretanto, as peças brutas podem ser mais caras de produzir no método descrito nas figuras 7 a-b.

[00104] Como alternativa, o molde de formação 3 pode, da mesma forma, ser arranjado com uma membrana construída como uma estrutura da membrana flexível maciça. Nas figuras 8a-c um molde de formação alternativo 3 com uma peça do molde de formação negativa 2b e uma peça do molde de formação positiva 2a é esquematicamente mostrada. A peça do molde de formação positiva 2a é a aplicação de uma pressão de formação, F, em uma membrana flexível maciça 4, que é a aplicação de uma pressão isostática na peça bruta de celulose 1a durante a formação do produto de celulose. Com membrana flexível maciça é pretendida uma estrutura flexível, que tem uma capacidade semelhante para aplicar a pressão isostática à peça bruta de celulose 1a, como as estruturas da membrana descritas nas modalidades acima, mas com uma maior zona de deformação elástica em comparação com as estruturas da membrana mais fina. A membrana flexível maciça 4 pode ser construída com uma estrutura da membrana espessa ou até mesmo ser feita de um corpo homogêneo de um material flexível. O material flexível pode ter propriedades que farão o material flutuar entre as peças do molde de formação quando pressão é aplicada ao corpo. Na modalidade mostrada nas figuras 8a-c, a membrana flexível maciça 4 é construída a partir de um corpo homogêneo de um material flexível.

[00105] Em uma modalidade alternativa, a membrana flexível maciça 4 pode ter uma espessura variada, em que a membrana flexível maciça é, por exemplo, moldada ou fundida em uma estrutura com uma espessura variada. As áreas mais grossas e mais finas da membrana flexível maciça com espessura variada podem compensar as áreas nas peças do molde de formação que necessitam de menor ou mais deformação da membrana a fim de igualar ou até mesmo nivelar a pressão submetida à peça bruta de celulose 1a. Usando-se uma estrutura da membrana flexível maciça, o molde de formação pode ser feito mais barato e mais simples na construção.

[00106] A membrana flexível maciça 4 é construída a fim de que quando a pressão, F, for aplicada a partir das peças do molde de formação, a membrana flexível maciça 4 se deforma a fim de prover a pressão isostática. A membrana flexível maciça 4 pode ser feita de um material com propriedades adequadas, tais como, por exemplo, borracha, látex, poliuretano ou silicone. Outros materiais adequados ou combinações de materiais com propriedades elastoméricas podem, da mesma forma, ser usados. Devido às propriedades flexíveis da membrana flexível maciça 4, a membrana flexível maciça 4 aplica uma pressão isostática à peça bruta de celulose 1a.

[00107] Na figura 8a, a peça bruta de celulose 1a é colocada entre a peça do molde de formação negativa 2b e a membrana flexível maciça 4. A peça do molde de formação positiva 2a está empurrando a membrana flexível maciça 4 e a peça bruta de celulose 1a na peça do molde de formação negativa 2b quando a pressão de formação, F, é aplicada às peças do molde de formação, como mostrado nas figuras 8a-b. Durante a formação do produto de celulose, a peça do molde de formação negativa 2b é aquecida a uma temperatura da peça do molde de formação T2 e durante o processo de formação, a peça bruta de celulose 1a é aquecida até uma temperatura de formação T1, ver figuras 8a-c.

[00108] Nas figuras 9a-c outro molde de formação alternativo 3 com uma peça do molde de formação negativa 2b e uma peça do molde de formação positiva 2a é esquematicamente mostrado. A peça do molde de formação negativa 2b é a aplicação de uma pressão de formação, F, em uma membrana flexível maciça 4, que é a aplicação de uma pressão isostática na peça bruta de celulose 1a durante a formação do produto de celulose. A membrana flexível maciça 4 é construída a fim de que quando a pressão, F, for aplicada a partir das peças do molde de formação, a membrana flexível maciça 4 se deforma a fim de prover a pressão isostática. A membrana flexível maciça 4 pode ser da mesma construção como descrito acima em relação à modalidade mostrada nas figuras 8a-c. Na modalidade mostrada nas figuras 9a-c, a membrana flexível maciça 4 tem uma espessura variada para comparar a forma da peça do molde de formação positiva 2a. Devido às propriedades flexíveis da membrana flexível maciça 4, a membrana flexível maciça 4 aplica uma pressão isostática à peça bruta de celulose 1a.

[00109] Na figura 9a, a peça bruta de celulose 1a é colocada entre a peça do molde de formação positiva 2a e a membrana flexível maciça 4. A peça do molde de formação positiva 2a está empurrando a peça bruta de celulose 1a na peça do molde de formação negativa 2b em direção à membrana flexível maciça 4 quando a pressão de formação, F, é aplicada às peças do molde de formação, como mostrado nas figuras 9a-b. Durante a formação do produto de celulose, a peça do molde de formação positiva 2a é aquecida a uma temperatura da peça do molde de formação T2 e durante o processo de formação, a peça bruta de celulose 1a é aquecida até uma temperatura de formação T1, ver figuras 9a-c.

[00110] Nas reivindicações, a palavra “compreendendo” não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade. O simples fato de que certas medidas são recitadas nas reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação destas medidas não pode ser usada com vantagem

[00111] Deve ser observado que a descrição acima é meramente exemplar por natureza e não é destinada a limitar a presente descrição, sua aplicação ou uso. Ao mesmo tempo que os exemplos específicos foram descritos no relatório descritivo e ilustrados nos desenhos, será entendido por aqueles de versatilidade ordinária na técnica que várias mudanças podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos por elementos dos mesmos sem o afastamento do escopo da presente descrição como definido nas reivindicações. Além disso, as modificações podem ser feitas para adaptar um material ou situação específica para os ensinamentos da presente descrição sem o afastamento do escopo essencial as mesmas. Por conseguinte, é entendido que a presente descrição não seja limitada aos exemplos particulares ilustrados pelos desenhos e descritos no relatório descritivo como o melhor modo atualmente contemplado para realizar os ensinamentos da presente descrição, mas que o escopo da presente descrição incluirá quaisquer modalidades abrangidas pela descrição anterior e as reivindicações anexas. Os sinais de referência mencionados nas reivindicações não devem ser vistos como limitantes da extensão da matéria protegida pelas reivindicações, e sua única função é tornar as reivindicações mais fáceis de se entender.

SINAIS DE REFERÊNCIA

[00112] 1a: Peça bruta de celulose 1b: Material comprimido 2a-b: Peças do molde de formação 3: Molde de formação 4: Membrana 5: Meio de pressão 6: Barreira de película 7: Canais internos 8: Bocal de meio de pressão 9: Meio de pressão 10: Canais de ar 11: Unidade de formação a seco 12: Fibras de celulose 13: Unidade de separação 14: Arame de formação 15: Unidade de compactação 16: Rede de celulose contínua 17: Unidade de alimentação 18: Aparelho de formação de produto de celulose 19: Unidade de aquecimento 20: Unidade de aplicação 21: Rolo 22: Ventilador centrífugo 23: Caixa de formação 24: Caixa a vácuo 25: Rolos de separação de fibra 26: Braço pivotante 27: Rolos de alimentação

Claims

1. Método para fabricação de um produto de celulose, compreendendo as etapas: formação a seco de uma peça bruta de celulose (1a) em uma unidade de formação a seco (11), arranjar a peça bruta de celulose (1a) em um molde de formação (3); aquecer a peça bruta de celulose (1a) até uma temperatura de formação na faixa de 100°C a 200°C; e pressionar a peça bruta de celulose (1a) no molde de formação (3) com uma pressão de formação de pelo menos 1 MPa, caracterizado pelo fato de que, durante a formação a seco da peça bruta de celulose (1a) na unidade de formação a seco (11), fibras de celulose (12) são transportadas e formadas para a estrutura da peça bruta (1a) pelo ar como meio de transporte.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a peça bruta de celulose (1a) é formada em um produto de celulose tendo um formato plano ou essencialmente não plano.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pressão de formação está na faixa de 1 MPa a 100 MPa.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aquecimento da peça bruta de celulose (1a) pelo menos parcialmente ocorre antes de pressionar a peça bruta de celulose (1a).

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o molde de formação (3) é aquecido antes de pressionar a peça bruta de celulose (1a).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a unidade de formação a seco (11) compreende uma unidade de separação (13), um arame de formação (14) e uma unidade de compactação (15), o método compreendendo adicionalmente as etapas: separar a celulose em fibras de celulose destacadas (12) na unidade de separação (13); arranjar as fibras de celulose (12) no arame de formação (14); e compactar as fibras de celulose (12) na unidade de compactação (15) para formar a peça bruta de celulose (1a).

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa: aplicar um agente de encolamento às fibras de celulose (12) para aumentar as propriedades hidrofóbicas e/ou resistência mecânica da peça bruta de celulose (1a).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a peça bruta de celulose (1a) é formada como uma rede de celulose contínua (16) na unidade de formação a seco (11).

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a rede de celulose contínua (16) é alimentada intermitentemente ao molde de formação (3) por uma unidade de alimentação (17).

10. Aparelho de formação de produto de celulose (18) para fabricação de um produto de celulose a partir de uma peça bruta de celulose (1a), o aparelho de formação de produto de celulose (18) compreendendo: uma unidade de aquecimento (19) para aquecimento da peça bruta de celulose (1a) para uma temperatura de formação na faixa de 100°C a 200°C; um molde de formação (3) para formação do produto de celulose, pressionando a peça bruta de celulose (1a) no molde de formação (3) com uma pressão de formação de pelo menos 1 MPa; caracterizado pelo fato de que o aparelho de formação de produto de celulose (18) compreende uma unidade de formação a seco (11) para formar a peça bruta de celulose (1a), onde as fibras de celulose (12) são transportadas e formadas para a peça bruta (1a) pelo ar como meio de transporte.

11. Aparelho de formação de produto de celulose (18) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o molde de formação (3) é adaptado para formar a peça bruta de celulose (1a) em um produto de celulose tendo um formato plano ou essencialmente não plano.

12. Aparelho de formação de produto de celulose (18) de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a unidade de formação a seco (11) compreende: uma unidade de separação (13) para separação da celulose em fibras de celulose destacadas (12); um arame de formação (14) para as fibras de celulose (12); e uma unidade de compactação (15) para compactação das fibras de celulose (12) para formar a peça bruta de celulose (1a).

13. Aparelho de formação de produto de celulose (18) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que o molde de formação (3) compreende a unidade de aquecimento (19).

14. Aparelho de formação de produto de celulose (18) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que o aparelho de formação de produto de celulose (18) compreende uma unidade de aplicação (20) adaptada para aplicar agentes de encolamento ou outras substâncias s às fibras de celulose (12).

15. Aparelho de formação de produto de celulose (18) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizado pelo fato de que a unidade de formação a seco (11) é adaptada para formar a peça bruta de celulose (1a) como uma rede de celulose contínua (16).

16. Aparelho de formação de produto de celulose (18) de acordo com a reivindicação 15, o aparelho de formação de produto de celulose (18) caracterizado pelo fato de que compreende uma unidade de alimentação (17) adaptada para alimentar intermitentemente a rede de celulose contínua (16) ao molde de formação (3).

17. Produto de celulose fabricado pelo método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o produto de celulose tem um formato plano ou essencialmente não plano.

18. Produto de celulose de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o produto de celulose compreende pelo menos 90 por cento em peso de fibras de celulose.