BRPI0621119A2

BRPI0621119A2 - polpa, material de fricção, material de selagem fluida, papel e processos para a fabricação de uma polpa

Info

Publication number: BRPI0621119A2
Application number: BRPI0621119-4A
Authority: BR
Inventors: Achim Amma; Mikhail R Levit
Original assignee: Du Pont
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2011-11-29
Also published as: CN101341293A; WO2007075577A3; US8404082B2; JP5260308B2; CA2631348C; EP1971719B1; CA2631348A1; KR20080083164A; WO2007075577A2; CN101341293B; KR101359214B1; DE602006015233D1; US20100200183A1; JP2009521617A; US7727356B2; EP1971719A2; US20070137817A1

Abstract

POLPA, MATERIAL DE FRICçãO, MATERIAL DE SELAGEM FLUIDA, PAPEL E PROCESSOS PARA A FABRICAçãO DE UMA POLPA. A presente invenção se refere a uma polpa de madeira e de poliarenoazol para a utilização como um material de re forço nos produtos incluindo, por exemplo, os materiais de fricção, os materiais de selagem fluidos e papéis. A polpa compreende: (a) estruturas fibrosas de polpa de madeira, de formato irregular, (b) estruturas fibrosas de poliarenoazol, de formato irregular, e (c) água, em que as fibrilas de polpa de madeira e/ou os suportes são substancialmente entrelaçadas com as fibrilas de poliarenoazol e/ou os suportes. A presente invenção ainda se refere aos processos para a fabricação de tal polpa de madeira e polpa de poliarenoazol.

Description

"POLPA, MATERIAL DE FRICÇÃO, MATERIAL DE SELAGEM FLUIDA, PAPEL E PROCESSOS PARA A FABRICAÇÃO DE UMA POLPA"

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a uma polpa de madeira e de poliarenoazol para a utilização como um material de reforço nos produtos incluindo, por exemplo, os materiais fricção, materiais de selagem fluidos e papéis. A presente invenção ainda se refere aos processos para a fabricação de tal polpa.

Antecedentes da Invenção

Os materiais de reforço fibrosos e não fibrosos foram utilizados por muitos anos nos produtos de fricção, produtos de selagem fluidos e outros produtos plásticos ou de borracha. Tipicamente, tais materiais de reforço devem exibir alta resistência ao desgaste e ao calor.

As fibras de amianto foram historicamente utilizadas como materiais de reforço, mas devido aos seus riscos à saúde, foram realizadas ou propostas substituições. Entretanto, muitas destas substituições não desempenham tão bem quanto o amianto de uma forma ou de outra.

A divulgação da pesquisa 74-75, publicada em fevereiro de 1980, descreve a fabricação de polpa fabricada a partir de fibras de para-aramida da marca Kevlar® fibrilada de comprimentos variáveis e a utilização de tal polpa como um material de reforço em diversas aplicações. Esta publicação descreve que a polpa fabricada a partir das fibras de para-aramida da marca Kevlar® podem ser utilizadas em produtos de folhas sozinhos ou em combinação com as fibras de outros materiais, tal como a meta-aramida de marca Nomex®, polpa de madeira, algodão e outras celuloses naturais, raiom, poliéster, poliolefina, náilon, politetrafluoroetileno, amianto e outros minerais, fibras de vidro e outros, cerâmicas, aço e outros metais e carbono. A publicação também descreve a utilização de polpa da fibra de para-aramida da marca Kevlar® sozinha ou com fios de fibra cortada curtos de para-aramida da marca Kevlar®, nos materiais de fricção para substituir uma fração do volume do amianto, com o restante do volume de amianto sendo substituído pelas cargas ou outras fibras.

O pedido de patente US 2003/0022961 (de Kusaka et ai) descreve os materiais de fricção fabricados a partir de um modificador de fricção, um Iigante e um reforço fibroso fabricado a partir de uma mistura de (a) polpa de aramida seca e (b) polpa de aramida úmida, polpa de madeira ou polpa de fibra acrílica. A polpa de aramida seca é definida como uma polpa de aramida obtida pelo "método de fibrilação a seco". O método de fibrilação a seco é a moagem a seco das fibras de aramida entre um cortador giratório e um filtro para preparar a polpa. A polpa de aramida úmida é definida como uma polpa de aramida obtida pelo "método de fibrilação a úmido". O método de fibrilação a úmido é a moagem das fibras de aramida curtas em água entre dois discos giratórios para formar as fibras fibriladas e, então, desidratar as fibras fibriladas, isto é, a polpa. Kusaka et ai, ainda descreve um método para a mistura de fibras fibriladas ao primeiro misturar os múltiplos tipos fibras orgânicas que fibrilam em uma proporção definida e, então, fibrilando a mistura para produzir a polpa.

O polímero de polipiridobisimidazol é um polímero em haste rígida. A fibra fabricada a partir deste polímero (tal como a composição polimérica a qual é referida como PIPD e é conhecida como o polímero utilizado na fabricação de fibra M5®) é conhecida como sendo útil no corte e na resistência à chama de equipamentos protetores. As fibras de polímero de haste rígida possuindo ligações de hidrogênio fortes entre as cadeias poliméricas, por exemplo, os polipiridobisimidazóis, foram descritas na patente US 5.674.969 de Sikkema et ai Um exemplo de um polipiridobisimidazol é o poli(1,4-(2,5-dihidróxi)fenileno-2,6-pirido[2,3-d:5,6-d']bisimidazoí), que pode ser preparado pela polimerização por condensação da tetraaminopiridina e do ácido 2,5-diidroxitereftálico em ácido polifosfórico. Sikkema descreve que a polpa pode ser fabricada a partir destas fibras. Sikkema também descreve que na fabricação de objetos uni ou bidimensionais, tais como fibras, filmes, fitas e similares, é desejável que os polipiridobisimidazóis possuam um elevado peso molecular correspondente a uma viscosidade relativa ("Vrel" ou "hrel") de pelo menos cerca de 3,5, de preferência, pelo menos cerca de 5 e, de maior preferência, igual ou mais a cerca de 10, quando medido em uma concentração polimérica de 0,25 g/dL em ácido metano sulfônico a 25° C. Sikkema também descreve que os bons resultados de fiação da fibra são obtidos com o poli[piridobisimidazol-2,6-diil(2,5-diidróxi-p-fenileno)] possuindo viscosidades relativas superiores a cerca de 12 e estas viscosidades relativas superiores a 50 (correspondendo às viscosidades inerentes superiores a cerca de 15,6 dL/g) podem ser obtidas.

Há uma necessidade contínua em fornecer polpas alternativas que desempenhem bem nos produtos e que sejam de baixo custo. Apesar das numerosas descrições propondo materiais de reforço alternativos de custo mais baixo, muitos destes produtos propostos não desempenham adequadamente na utilização, custam significativamente mais do que os produtos comerciais atuais ou possuem outros atributos negativos. Como tal, permanece uma necessidade por materiais de reforço que exibem alta resistência ao desgaste e ao calor que é comparável ou menos caro do que outros materiais de reforço disponíveis comercialmente.

Descrição Resumida da Invenção

Uma realização da presente invenção se refere a uma polpa para a utilização como material de reforço ou processamento, que compreende:

(a) estruturas fibrosas de polpa de madeira fibriladas de formato irregular; as estruturas sendo de 60 a 97% em peso dos sólidos totais; (b) estruturas fibrosas de poliarenoazóis fibriladas de formato irregular; as estruturas sendo de 3 a 40% em peso dos sólidos totais; e

(c) água,

a polpa de madeira e as estruturas fibrosas de poliarenoazóis possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento médio ponderado do comprimento de não mais de 1,3 mm, e o suporte e as fibrilas onde as fibrilas de polpa de madeira e/ou os suportes são substancialmente entrelaçados com as fibrilas e/ou os suportes de poliarenoazóis.

Outra realização da presente invenção é um processo para a fabricação de uma polpa de madeira fibrilada e polpa de poliarenoazol para a utilização como material de reforço que compreende:

(a) combinar os ingredientes da polpa que incluem:

(1) a fibra de polpa da madeira possuindo um comprimento médio de não mais de 1 cm e sendo de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes;

(2) fibras de poliareanoazóis de haste rígida possuindo um comprimento médio de não mais de 10 cm e sendo de 3 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; e

(3) água sendo de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais;

(b) mistura dos ingredientes para uma calda substancialmente uniforme;

(c) co-refinamento da calda ao simultaneamente:

(1) fibrilar, cortar e mastigar a fibra da polpa da madeira fibrilada e a fibra de poliarenoazol em estruturas fibrosas fibriladas em formato irregular com suportes e fibrilas; e

(2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme; e (d) remover a água da calda refinada,

produzindo, desta maneira, uma polpa de madeira fibrilada e polpa de poliarenoazol com a polpa de madeira fibrilada e as estruturas fibrosas de poliarenoazóis possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento médio ponderado do comprimento de não mais de 1,3 mm, e o suporte e/ou as fibrilas de madeiras fibriladas são substancialmente entrelaçados com as fibrilas e/ou os suportes de poliarenoazóis.

Ainda, outra realização da presente invenção é um processo para a fabricação de uma polpa de madeira e de poliarenoazol fibrilada para a utilização como material de reforço e um material de processamento, que compreende:

(a) combinar os ingredientes, incluindo a água e uma primeira fibra a partir do grupo que consiste em:

(1) fibra de polpa de madeira sendo de 60 a 97% em peso dos sólidos totais na polpa; e

(2) fibra de poliarenoazol de haste rígida sendo de 3 a 40% em peso dos sólidos totais na polpa;

(b) mistura dos ingredientes combinados em uma suspensão substancialmente uniforme;

(c) refinamento da suspensão em um refinador em disco cortando, desta forma, a fibra para possuir um comprimento médio de não mais de 10 cm e fibrilando e mastigando pelo menos algumas das fibras em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular;

(d) combinar os ingredientes incluindo a suspensão refinada, a segunda fibra do grupo de (a) (1 e 2) possuindo um comprimento médio de não mais de 10 cm, e água, caso necessário, para aumentar a concentração de água a 95 - 99% em peso dos ingredientes totais; (e) misturar os ingredientes, caso necessário, para formar uma suspensão substancialmente uniforme;

(f) co-refinamento da suspensão misturada ao simultaneamente:

(1) fibrilar, cortar e mastigar os sólidos na suspensão, tal que toda ou substancialmente toda a polpa da madeira e a fibra de poliarenoazol seja convertida em polpa de madeira fibrilada formada de modo irregular e estruturas fibrosas de poliarenoazóis com suportes e fibrilas; e

(2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme; e

(g) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa de madeira e uma polpa de poliarenoazol com a polpa de madeira fibrilada e as estruturas fibrosas de poliarenoazóis possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento médio ponderado do comprimento de não mais de 1,3 mm, e as fibrilas de madeiras e/ou suportes são substancialmente entrelaçados com as fibrilas e/ou os suportes de poliarenoazol.

Em algumas realizações, esta presente invenção ainda está direcionada à materiais de fricção, materiais de selagem fluida e papéis que compreendem a polpa da presente invenção.

BREVE DESCRICAO DAS FIGURAS

A presente invenção pode ser compreendida mais amplamente a partir de sua seguinte descrição detalhada em conexão com as figuras em anexo descritas conforme segue.

A Figura 1 é um diagrama em bloco do equipamento para executar um processo a úmido para a fabricação da polpa "úmida" de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é um diagrama em bloco do equipamento para executar um processo a seco para a fabricação da polpa "seca" de acordo com a presente invenção.

A Figura 3 é uma micrografia óptica digital do material do estado da técnica anterior que é fabricado quando a polpa de madeira é refinada sem qualquer fibra de poliarenoazol (PBO) estando presente.

A Figura 4 é uma micrografia óptica digital da fibrilação da fibra de PBO após o refinamento.

A Figura 5 é uma micrografia óptica digital da fibrilação do PBO e da polpa de madeira após o co-refinamento.

Glossário

Antes de a presente invenção ser descrita, é útil definir certos termos no seguinte glossário que terão o mesmo significado por toda esta descrição, salvo indicações em contrário.

"Fibra" significa uma unidade da matéria relativamente flexível que possui uma elevada proporção do comprimento para a largura através de sua área da seção transversal perpendicular ao seu comprimento. No presente, o termo "fibra" é utilizado intercambiavelmente com o termo "filamento" ou "extremidade". A seção transversal dos filamentos descritos no presente pode ser de qualquer formato, mas é tipicamente circular ou em formato de grão. A fibra fiada sobre uma bobina em uma embalagem é referida como uma fibra contínua ou um filamento contínuo ou fios de filamento contínuos. A fibra pode ser cortada em comprimentos curtos denominados fibra cortadas (staple ίίόθή. A fibra pode ser cortada em comprimentos ainda menores denominados flocos. Os fios, fios multifilamentares ou estopas compreendem uma pluralidade de fibras. O fio pode ser entrelaçado e/ou trançado.

"Fibrila" significa uma pequena fibra que possui um diâmetro tão pequeno quanto uma fração de um micrômetro a poucos micrômetros e possuindo um comprimento de cerca de 10 a 100 μτη. As fibrilas, em geral, se prolongam do tronco principal de uma fibra grande possuindo um diâmetro de 4 a 50 μίτι. As fibrilas agem como ganchos ou fechos para enlaçar e capturar o material adjacente. Algumas fibras fibrilam, porém outras não fibrilam ou não fibrilam efetivamente e, para os propósitos da presente definição, tais fibras não fibrilam.

"Estruturas fibrosas fibriladas" significam partículas de material que possuem um suporte e fibrilas que se prolongam a partir do mesmo, em que o suporte é, em geral, colunar e de cerca de 10 a 50 μm de diâmetro e as fibrilas são membros do tipo cabelo de apenas uma fração de um micrômetro ou de poucos micrômetros de diâmetro ligados ao suporte e cerca de 10 a 100 μm de comprimento.

"Floco" significa comprimentos curtos de fibra, mais curtas do que a fibra cortada. O comprimento do floco é de cerca de 0,5 a cerca de 15 mm e um diâmetro de 4 a 50 μm, de preferência, possuindo um comprimento de 1 a 12 mm e um diâmetro de 8 a 40 μm. O floco que é inferior a cerca de 1 mm não agrega significativamente à resistência do material em que ele é utilizado. O floco ou a fibra que é superior a cerca de 15 mm, freqüentemente não funciona bem porque as fibras individuais podem se tornar entrelaçadas e não podem ser adequadamente e uniformemente distribuídas por todo o material ou calda. O floco de aramida é fabricado pelo corte das fibras de aramida em comprimentos curtos sem fibrilação significativa ou sem qualquer fibrilação, tal como aquele preparado pelos processos descritos nas patentes US 3.063.966, US 3.133.138, US 3.767.756 e US 3.869.430. O comprimento "aritmético" significa o comprimento calculado a partir da seguinte fórmula:

<formula>formula see original document page 9</formula>

O comprimento da "média ponderada do comprimento" significa o comprimento calculado a partir da seguinte fórmula:

<formula>formula see original document page 9</formula> O comprimento da "média ponderada do peso" significa o comprimento calculado a partir da seguinte fórmula:

<formula>formula see original document page 10</formula>

"Dimensão máxima" de um objeto significa a distância linear entre os dois pontos mais distantes entre si no objeto.

A "fibra cortada" pode ser fabricada ao cortar os filamentos em comprimentos de não mais do que 15 cm, de preferência, de 3 a 15 cm; e de maior preferência, de 3 a 8 cm. A fibra cortada pode ser linear (isto é, não frisada) ou frisada para possuir um friso de formato de dente de serra ao longo de seu comprimento, com qualquer freqüência de friso (ou dobra repetida). As fibras podem estar presentes na forma não revestida, revestida ou tratada previamente de outra maneira (por exemplo, pré-estirada ou tratada a quente).

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção está direcionada a polpa de fibras de poliarenoazol e de madeira que tem utilização como material de fricção, materiais de selagem fluidos e papéis, e outros materiais que incorporam a polpa. A presente invenção também está direcionada aos processos para a fabricação de uma polpa de fibra de poliarenoazol e de polpa de madeira.

I. Primeira Realização do Processo Inventivo

Em uma primeira realização, o processo para a fabricação de uma polpa de madeira e de polpa de poliarenoazol compreende as seguintes etapas. Primeiro, os ingredientes da polpa são combinados, adicionados ou colocados em contato. Em segundo lugar, os ingredientes da polpa combinados são misturados em uma calda substancialmente uniforme. Em terceiro lugar, a calda é simultaneamente refinada ou co-refinada. Em quarto lugar, a água é removida da calda refinada. Etapa de Combinação

Na etapa de combinação, os ingredientes da polpa são, de preferência, adicionados juntos em um recipiente. Em uma realização preferida, os ingredientes da polpa incluem (1) a fibra da polpa de madeira, (2) a fibra de poliarenoazol, (3) opcionalmente, outros aditivos, e (4) a água.

Fibra De Polpa de Madeira

A fibra de polpa de madeira é adicionada em uma concentração de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes e, de preferência, de 60 a 75% em peso dos sólidos totais nos ingredientes.

A fibra da polpa de madeira, de preferência, possui uma aspereza de não mais de 50 mg por 100 metros de comprimento. Em uma realização preferida, a aspereza é de cerca de 12 a 25 mg por 100 metros de comprimento. A aspereza da fibra é definida como a massa em peso seco em forno da polpa em mg dividido pelo comprimento da fibra na curva de nível total de todas as fibras conforme medido utilizando um analisador de mesa FQA Fiber Quality Analyser (comercializado pela Op Test Equipment Inc., 900 TupperSt., Hawkesbury, ON, K6A 3S3 Canadá).

Em algumas realizações, a fibra da polpa de madeira possui um comprimento médio de não mais de 1 cm. A fibra da polpa de madeira também possui, de preferência, um comprimento médio de não mais de cerca de 5 mm.

A "polpa da madeira" conforme utilizada no presente se refere ao produto das lascas de madeira em fervura com licores alcalinos ou soluções de sais ácidos ou neutros seguido pelo branqueamento com compostos de cloreto, o objeto sendo para remover mais ou menos completamente as hemiceluloses e as Iigninas incrustadas na madeira. A polpa de Kraft é um tipo de polpa de madeira e o método para a fabricação da mesma envolve a fervura (digestão) das lascas de madeira em uma solução alcalina por diversas horas durante as quais as substâncias químicas atacam à lignina na madeira. A lignina dissolvida é posteriormente removida deixando para trás as fibras de celulose. A polpa de Kraft não branqueada é de cor marrom escura, portanto, antes que ela possa ser utilizada nas diversas aplicações da fabricação de papel, ela é tipicamente branqueada para suavizar a cor.

Em algumas realizações, a polpa de madeira da presente invenção inclui as fibras de lyocell, e outras fibras ou estruturas fibrosas que são obtidas a partir da celulose com processamento adicional ou diferente do descrito acima.

FIBRAS DE POLIARENOAZOL

A fibra de poliarenoazol é adicionada em uma concentração de 3 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes e, de preferência, de 25 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes. A fibra de poliarenoazol possui, de preferência, uma densidade linear de não mais do que 10 dtex e, de maior preferência, de 0,8 a 2,5 dtex. A fibra de poliarenoazol também possui, de preferência, um comprimento médio ao longo de seu eixo longitudinal de não mais de 10 cm, de maior preferência, um comprimento médio de 0,65 a 2,5 cm e, de maior preferência, ainda, um comprimento médio de 0,65 a 1,25 cm.

POLIMERO DE POLIARENOAZOL

Os polímeros apropriados para a utilização na fabricação da fibra de poliarenoazol devem ser de peso molecular formador de fibra de modo a serem moldados em fibras. Os polímeros podem incluir os homopolímeros, os copolímeros e suas misturas.

Conforme definido no presente, "poliarenoazol" se refere aos polímeros que possuem:

- um anel heteroaromático fundido com um grupo aromático adjacente (Ar) da estrutura de unidade de repetição (a): <formula>formula see original document page 13</formula>

(a)

com N sendo um átomo de nitrogênio e Z sendo um enxofre, oxigênio, ou grupo NR com R sendo o hidrogênio ou uma alquila ou arila substituída ou não substituída ligada ao N; ou dois anéis heteroaromáticos, cada um fundido a um grupo aromático comum (Ar1) das estruturas de unidade de repetição (b1 ou b2):

<formula>formula see original document page 13</formula>

em que N é um átomo de nitrogênio e B é um oxigênio, enxofre ou grupo NR1 em que R é o hidrogênio ou uma alquila ou arila substituída ou não substituída ligada ao Ν. O número de estruturas de unidades de repetição representadas pelas estruturas (a), (b1) e (b2) não é crítico. Cada cadeia polimérica possui, tipicamente, de cerca de 10 a cerca de 25.000 unidades de repetição. Os polímeros de poliarenoazol incluem os polímeros de polibenzazol e/ou os polímeros de polipiridazol. Em certas realizações, os polímeros de polibenzazol compreendem os polímeros de polibenzimidazol ou polibenzobisimidazol. Em certas outras realizações, os polímeros de polipiridazol compreendem os polímeros de polipiridobisimidazol ou polipiridoimidazol. Em certas realizações preferidas, os polímeros são de um tipo de polibenzobisimidazol ou polipiridobisimidazol.

Na estrutura (b1) e (b2), Y é um grupo aromático, heteroaromático, alifático ou nenhum; de preferência, um grupo aromático; de maior preferência, um grupo aromático de seis membros de átomos de carbono. Ainda de maior preferência, o grupo aromático de seis membros de átomos de carbono (Y) possui ligações para-orientadas com dois grupos hidroxila substituídos; de maior preferência, ainda, o 2,5-dihidróxi-para-fenileno.

Nas estruturas (a), (b1) ou (b2), Ar e Ar1, cada um representa qualquer grupo aromático ou heteroaromático. O grupo aromático ou heteroaromático pode ser um sistema policíclico fundido ou não fundido, mas é, de preferência, um anel de seis membros único. De maior preferência, o grupo Ar ou Ar1 é, de preferência, heteroaromático, em que um átomo de nitrogênio é substituído por um dos átomos de carbono do sistema de anel ou Ar ou Ar1 podem conter apenas átomos de carbono no anel. Ainda, de maior preferência, o grupo Ar ou Ar1 é heteroaromático.

Conforme definido no presente, "polibenzazol" se refere a um polímero de poliarenoazol que possui a estrutura de repetição (a), (b1) ou (b2), em que o grupo Ar ou Ar1 é um anel aromático de seis membros único de átomos de carbono. De preferência, os polibenzazóis incluem uma classe de polibenzazóis de haste rígida possuindo a estrutura (b1) ou (b2); de maior preferência, polibenzazóis de haste rígida s possuindo a estrutura (b1) ou (b2) com um anel Ar1 aromático carbocíclico de seis membros. Tal polibenzazol preferido inclui, mas não está limitado a, polibenzimidazóis (B=NR)1 polibenztiazóis (B=S), polibenzoxazóis (B=O) e suas misturas ou copolímeros. Quando o polibenzazol é uma polibenzimidazol, de preferência, ele é a poli(benzo[1,2-d:4,5-d']bisimidazol-2,6-diil-1,4-fenileno). Quando o polibenzazol é um polibenzotiazol, de preferência, ele é o poli(benzo[1,2-d:4,5-d']bistiazol- 2,6-diil-1,4-fenileno). Quando o polibenzazol é uma polibenzoxazol, de preferência, ela é o poli(benzo[1,2-d:4,5-d']bisoxazol-2,6-diil-1,4-fenileno).

Conforme utilizado no presente, "polipiridazol" se refere ao polímero de poliarenoazol que possui a estrutura de repetição (a), (b1) ou (b2) em que o grupo Ar ou Ar1 é um anel aromático de seis membros simples de cinco átomos de carbono e um átomo de nitrogênio. De preferência, estes polipiridazóis incluem uma classe de polipiridazóis de haste rígida que possuem a estrutura (b1) ou (b2), de maior preferência, polipiridazóis de haste rígida que possuem a estrutura (b1) ou (b2) com um anel aromático heterocíclico de seis membros Ar1. Tais polipiridazóis de maior preferência incluem, mas não estão limitados a, polipiridobisimidazol (B=NR)1 polipiridobistiazol (B=S), polipiridobisoxazol (B=O) e as suas misturas ou copolímeros. Ainda, de maior preferência, o polipiridazol é um polipiridobisimidazol (B=NR) de estrutura:

<formula>formula see original document page 15</formula>

em que N é um átomo de nitrogênio e R é um hidrogênio ou uma alquila ou arila substituída ou não substituída ligada ao N, de preferência, em que R é Η. O número médio de unidades repetidas das cadeias poliméricas está, tipicamente, no intervalo de cerca de 10 a cerca de 25.000, de maior preferência, no intervalo de cerca de 100 a 1.000, de maior preferência, ainda, no intervalo de cerca de 125 a 500 e, de maior preferência, ainda, no intervalo de cerca de 150 a 300.

Para os propósitos da presente invenção, os pesos moleculares relativos dos polímeros de poliarenoazóis são adequadamente caracterizados pela diluição dos produtos do polímero com um solvente apropriado, tal como um ácido metano sulfônico, para uma concentração polimérica de 0,05 g/dl e medindo um ou mais valores de viscosidade de solução diluída a 30° C. O desenvolvimento do peso molecular dos polímeros de poliarenoazol da presente invenção é adequadamente monitorado e correlacionado a uma ou mais medidas de viscosidade de solução diluída. Conseqüentemente, as medidas de solução diluída de viscosidade relativa ("Vrel" ou "hrel" ou "nrel") e de viscosidade inerente ("Vinh" ou "hinh" ou "ninh") são tipicamente utilizadas para monitorar o peso molecular do polímero. As viscosidades relativas e inerentes das soluções poliméricas diluídas estão relacionadas de acordo com a expressão

Vinh = In (Vrel)/ C,

em que In é a função do Iogaritmo natural e C é a concentração da solução polimérica. Vrel é uma razão sem unidade da viscosidade da solução polimérica a aquela do solvente livre de polímero, assim, Vinh é expresso em unidades de concentração inversa, tipicamente, como decilitros por grama ("dl/g"). Conseqüentemente, em certos aspectos da presente invenção, os polímeros de polipiridoimidazol são produzidos, que são caracterizados como fornecendo uma solução polimérica possuindo uma viscosidade inerente de pelo menos cerca de 20 dl/g a 30° C em uma concentração polimérica de 0,05 g/dl em ácido metano sulfônico. Pelo fato dos polímeros de maior peso molecular que resultam da presente invenção descrita no presente originarem a soluções poliméricas viscosas, uma concentração de cerca de 0,05 g/dl em ácido metano sulfônico é útil para a medida das viscosidades inerente em uma quantidade razoável de tempo.

Em algumas realizações, a presente invenção utiliza a fibra de poliarenoazol que possui uma viscosidade inerente de pelo menos 20 dl/g; em outras realizações de maior preferência, a viscosidade inerente é de pelo menos 25 dl/g; e em algumas realizações de maior preferência, a viscosidade inerente é de pelo menos 28 dl/g.

Outros Aditivos Opcionais

Outros aditivos opcionais podem ser adicionados opcionalmente, contanto que estejam suspensos na calda na etapa de mistura e não mudem significativamente o efeito da etapa de refinamento nos ingredientes sólidos obrigatórios listados acima. Os aditivos apropriados incluem os pigmentos, corantes, antioxidantes, compostos retardantes da chama e outros auxiliares do processamento e da dispersão. De preferência, os ingredientes da polpa não incluem amiantos. Em outras palavras, a polpa resultante é livre de asbesto ou sem asbesto.

Agua

A água é adicionada em uma concentração de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais e, de preferência, de 97 a 99% em peso dos ingredientes totais. Ainda, a água pode ser adicionada primeiro. Então, outros ingredientes podem ser adicionados em uma razão para otimizar a dispersão na água enquanto misturam simultaneamente os ingredientes combinados.

Etapa de mistura

Na etapa de mistura, os ingredientes são misturados em uma calda substancialmente uniforme. Por "substancialmente uniforme" entende-se que as amostras aleatórias da calda contêm a mesma porcentagem em peso da concentração de cada um dos ingredientes de partida que nos ingredientes totais na etapa de combinação mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso. Por exemplo, se a concentração dos sólidos na mistura total for 50% em peso de fibras de polpa de madeira, então, uma mistura substancialmente uniforme na etapa de mistura significa que cada amostra aleatória da calda possui (1) uma concentração de fibras de polpa de madeira de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso e (2) uma concentração de fibra de poliarenoazol de 50% em peso mais ou menos 10% em peso, de preferência, 5% em peso e, de maior preferência, 2% em peso. A mistura pode ser realizada em qualquer recipiente contendo lâminas giratórias ou algum outro agitador. A mistura pode ocorrer após a adição dos ingredientes ou enquanto os ingredientes estão sendo adicionados ou combinados.

Etapa de Refinamento

Na etapa de refinamento, os ingredientes da polpa são simultaneamente co-refinados, convertidos ou modificados conforme segue. A fibra de madeira e a fibra de poliarenoazol são fibriladas, cortadas e mastigadas em estruturas fibrosas moldadas irregularmente possuindo suportes e fibrilas. Todos os sólidos são dispersos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme. "Substancialmente uniforme" é conforme definido acima. A etapa de refinamento compreende, de preferência, passar a calda misturada através de um ou mais refinadores de disco, ou reciclar a calda de volta através de um refinador simples. Pelo termo "refinador de disco" entende- se um refinador contendo um ou mais pares de discos que giram com relação entre si, refinando desta maneira os ingredientes pela ação de cisalhar entre os discos. Em um tipo apropriado de refinador de disco, a calda sendo refinada é bombeada entre o rotor circular estreitamente espaçado e os discos estatores giratórios com relação entre si. Cada disco possui uma superfície, defronte ao outro disco, com ranhuras de superfície que se estendem pelo menos parcialmente na direção radial. Um refinador de disco preferido que pode ser utilizado está descrito na patente US 4.472.241. Em uma realização preferida, a abertura da placa configurada para o refinador de disco é de um máximo de 0,18 mm e, de preferência, a abertura configurada é de 0,13 mm ou menor, para uma configuração mínima prática de cerca de 0,05 mm.

Caso necessário para uma dispersão uniforme e refinamento adequado, a calda misturada pode ser passada através do refinador do disco mais de uma vez ou através de uma série de pelo menos dois refinadores de disco. Quando a calda misturada é refinada em apenas um refinador, há uma tendência da calda resultante de ser refinada inadequadamente e dispersa não uniformemente. Os conglomerados ou agregados inteiramente ou substancialmente de um ingrediente sólido, ou o outro, ou ambos, podem formar ao invés de serem dispersos formando uma dispersão substancialmente uniforme. Tais conglomerados ou agregados possuem uma maior tendência a serem separados e dispersados na calda quando a calda misturada é passada através do refinador mais de uma vez ou passada através de mais de um refinador. Opcionalmente, a calda refinada pode ser passada através de um selecionador para segregar fibras longas ou amontoados de fibras, que podem ser reciclados através de um ou mais refinadores até o corte em comprimentos ou concentração aceitáveis.

Porque uma calda substancialmente uniforme contendo ingredientes múltiplos é co-refinada nesta etapa do processo, qualquer tipo de ingrediente da polpa (por exemplo, a fibra de poliarenoazol) é refinado em uma polpa na presença de todos os tipos de ingredientes da polpa (por exemplo, fibras de madeiras) enquanto aqueles outros ingredientes também estão sendo refinados. Este co-refinamento dos ingredientes da polpa forma uma polpa que é superior a uma mistura de polpa gerada ao meramente misturar a polpa e os fibrídeos juntos. A adição de duas polpas e, então, a mera mistura dos mesmos juntos não forma os componentes fibrosos substancialmente uniformes e intimamente conectados da polpa gerada pelo co-refinamento dos ingredientes da polpa em uma polpa de acordo com a presente invenção.

Etapa de Remoção

A água é, então, removida da calda refinada. A água pode ser removida ao coletar a polpa em um dispositivo de dessecação, tal como um filtro horizontal e, caso desejado, a água adicional pode ser removida ao aplicar pressão ou apertar o pedaço do filtro da polpa. A polpa dessecada pode então ser, opcionalmente, seca em um teor de umidade desejado e/ou pode ser embalada ou bobinada em rolos. Em algumas realizações preferidas, a água é removida em um grau que a polpa resultante pode ser coletada em um selecionador e enrolada em rolos. Em algumas realizações, não mais de cerca de 60% em peso total de água estando presente é uma quantidade desejada de água e, de preferência, de 4 a 60% em peso total de água. Entretanto, em algumas realizações, a polpa pode reter mais água, então maiores quantidades de água total, tanto quanto 75% em peso total de água estarão presentes.

Figuras 1 ε 2

O processo será agora descrito com referência às Figuras 1 e 2. Através desta descrição detalhada, os caracteres de referência similares se referem aos elementos similares em todas as figuras dos desenhos.

Com referência à Figura 1, há um diagrama em bloco de uma realização de um processo a úmido para a fabricação de polpa "úmida" de acordo com a presente invenção. Os ingredientes da polpa 1 são adicionados ao recipiente 2. O recipiente 2 é apresentado com um misturador interno, similar a um misturador em uma máquina de lavagem. O misturador dispersa os ingredientes na água criando a calda substancialmente uniforme. A calda misturada é transferida para um primeiro refinador 3 que refina a calda. Então, opcionalmente, a calda refinada pode ser transferida para um segundo refinador 4 e, opcionalmente, então, para um terceiro refinador 5. Três refinadores são ilustrados, mas qualquer número de refinadores pode ser utilizado dependendo do grau de uniformidade e refinação desejado. Após o último refinador na série dos refinadores, a calda refinada é opcionalmente transferida para um filtro ou separador 6 que permite que a calda, com os sólidos dispersos abaixo de um tamanho de malha ou selecionador, passe e recircule os sólidos dispersados maiores do que um tamanho de malha ou selecionador escolhido de volta para um ou mais dos refinadores, tal como através da linha 7 ou para um refinador 8 dedicado para refinar esta calda recirculada da qual a calda refinada é novamente passada para o filtro ou o selecionador 6. A calda adequadamente refinada passa do filtro ou selecionador 6 para um filtro a vácuo de água horizontal 9 que remove a água. A calda pode ser transferida de ponto a ponto por qualquer método e equipamento convencional, tal como com a assistência de uma ou mais das bombas 10. Então a polpa é transportada para um secador 11 que remove mais água até a polpa possuir uma concentração de água desejada. Então, a polpa refinada é embalada em um enfardador 12.

Com referência à Figura 2, há um diagrama em bloco de uma realização de um processo a seco para a fabricação de polpa "seca" de acordo com a presente invenção. Este processo a seco é o mesmo que o processo a úmido exceto após o filtro a vácuo de água horizontal 9. Após aquele filtro, a polpa passa através de uma prensa 13 que remove mais água. Então a polpa passa através de um espalhador 14 para espalhar a polpa e então, um secador 11 para remover mais água para uma concentração desejada. Então, a polpa é passada através de um rotor 15 e embalado em uma enfardadeira 12.

II. SEGUNDA REALIZACAO DO PROCESSO INVENTIVO

Em uma segunda realização, o processo para a fabricação da polpa de madeira e da polpa de poliarenoazol é o mesmo que o da primeira realização do processo descrito acima com as seguintes diferenças.

Antes de combinar todos os ingredientes juntos, a fibra da polpa de madeira ou a fibra de poliarenoazol, ou ambas a fibra da polpa de madeira e a fibra de poliarenoazol, podem precisar ser encurtadas. Isto é realizado ao combinar a água com o ingrediente da fibra. Então, a água e a fibra são misturadas para formar uma primeira suspensão e processadas através de um primeiro refinador de disco para encurtar a fibra. O refinador de disco corta a fibra em um comprimento médio de não mais de 10 cm. O refinador de disco também irá fibrilar parcialmente e mastigar parcialmente a fibra. A outra fibra, que não foi previamente adicionada, pode ser encurtada desta maneira também, formando uma segunda suspensão processada. Então, a outra fibra (ou a segunda suspensão, caso processada em água) é combinada com a primeira suspensão.

Mais água é adicionada antes ou após, ou quando outros ingredientes são adicionados, caso necessário, para aumentar a concentração de água de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais. Após todos os ingredientes serem combinados, eles podem ser misturados, caso necessário, para obter uma calda substancialmente uniforme.

Os ingredientes na calda são então co-refinados juntos, isto é, simultaneamente. Esta etapa de refinamento inclui a fibrilação, o corte e a mastigação de sólidos na suspensão, tal que todas ou substancialmente todas as fibras da polpa de madeiras e as fibras de poliarenoazol são convertidas em estruturas fibrosas fibriladas irregularmente moldadas. Esta etapa de refinamento também dispersa todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme. Então, a água é removida como na primeira realização do processo. Ambos os processos produzem a mesma ou substancialmente a mesma fibra da polpa de fibra de madeira e da polpa de poliarenoazol. A Polpa Inventiva

O produto resultante produzido pelo processo da presente invenção é uma polpa de fibra de madeira e polpa de poliarenoazol para o uso como material de reforço nos produtos de fricção e selagem e papéis. A polpa compreende (a) as estruturas fibrosas da polpa de madeira irregularmente moldadas, (b) estruturas fibrosas de poliarenoazol irregularmente moldadas, (c) opcionalmente outros aditivos secundários, e (d) água.

A concentração dos componentes do ingrediente separado na polpa corresponde, obviamente, às concentrações descritas anteriormente dos ingredientes correspondentes utilizados na fabricação da polpa.

As estruturas fibrosas fibriladas da polpa de madeira e do poliarenoazol irregularmente moldadas possuem suportes e fibrilas. As fibrilas e/ou suportes da polpa de madeira estão substancialmente entrelaçadas com as fibrilas e/ou suportes de poliarenoazol. As fibrilas são importantes e agem como ganchos ou fechos ou tentáculos que se aderem e seguram partículas adjacentes na polpa e no produto final, fornecendo, assim, integridade para o produto final.

A fibra de madeira e as estruturas fibrosas fibriladas de poliarenoazol possuem, de preferência, uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, de maior preferência, de 0,1 a 4 mm e, de maior preferência, de 0,1 a 3 mm. A fibra de madeira e as estruturas fibrosas fibriladas de poliarenoazol possuem, de preferência, um comprimento médio ponderado de não mais de 1,3 mm, de maior preferência, de 0,7 a 1,2 mm e, de maior preferência, de 0,75 a 1,1 mm.

Em uma realização preferida, a polpa de madeira e a polpa de poliarenoazol estão sem agregados ou conglomerados substanciais do mesmo material. Ainda, a polpa possui uma Liberação Padrão Canadense (CSF) (Canadian Standard Freeness) conforme medido pelo teste TAPPI T 227 om- 92, que é uma medida de suas características de drenagem, de 100 a 700 mL e, de preferência, de 250 a 450 mL.

A área de superfície da polpa é uma medida do grau de fibrilação e das influências da porosidade do produto fabricado a partir da polpa. Em algumas realizações da presente invenção, a área de superfície da polpa é de 7 a 11 m2/g.

Acredita-se que as estruturas fibrosas fibriladas, dispersas substancialmente de forma homogênea por todo o material de reforço e materiais de fricção e selagem, fornecem, em virtude das características de alta temperatura dos polímeros de poliarenoazol e da tendência à fibrilação das fibras de poliarenoazol, muitos locais de reforço e maior resistência ao desgaste. Quando co-refinados, os materiais da mistura de polpa de madeira e de poliarenoazóis estão em tal contato íntimo que em um material de selagem fluida ou fricção há sempre algumas estruturas fibrosas de poliarenoazol próximas às estruturas de fibras da polpa de madeira, tal que as tensões e a abrasão úteis são sempre mútuas. Portanto, quando co-refinados, os materiais da polpa de madeira e de poliarenoazóis estão em tal contato íntimo que em um material de selagem fluida ou fricção há sempre algumas estruturas fibrosas de poliarenoazol próximas às estruturas de fibras da polpa de madeira, tal que as tensões e a abrasão são sempre mútuas.

MATERIAL DE FRICCAO

A polpa da presente invenção pode ser utilizada como um material de reforço nos materiais de fricção. Por "materiais de fricção" entendem-se os materiais utilizados quanto às suas características friccionais, tais como o coeficiente de fricção para parar ou transferir energia de movimento, estabilidade em temperaturas elevadas, resistência ao desgaste, propriedades de amortecimento da vibração e de ruídos, etc. Os usos ilustrativos para os materiais de fricção incluem as pastilhas de freio, blocos de freio, revestimentos da embreagem secos, segmentos da superfície da embreagem, papéis de transmissão automática, freio úmido e outros papéis de fricção industriais.

Em vista desta nova utilização, a presente invenção é ainda direcionada para um material de fricção e aos processos para a fabricação do material de fricção. Especificamente, o material de fricção compreende um modificador de fricção; opcionalmente, pelo menos uma carga; um ligante; e um material de reforço fibroso que compreende a polpa de madeira e a polpa de poliarenoazol da presente invenção. Os modificadores de fricção apropriados são os pós metálicos, tais como ferro, cobre e zinco; abrasivos, tais como óxidos de magnésio e alumínio; lubrificantes, tais como grafites sintéticas e naturais, e sulfetos de molibdênio e zircônio; e modificadores de fricção orgânicos, tais como borrachas sintéticas e partículas de resina de casca de noz de caju. Os ligantes apropriados são resinas termoestáveis, tais como resinas fenólicas, isto é, resina fenólica linear (100%) e diversas resinas fenólicas modificadas com borracha ou epóxi), resinas de melamina, resinas epóxi e resinas de poliimida e suas misturas. As cargas apropriadas incluem a barita, branqueador, calcário, argila, talco, diversos outros os de magnésio - alumínio - silicato, volastonita, atapulgita e suas misturas.

As etapas presentes para a fabricação do material de fricção podem variar, dependendo do tipo de material de fricção desejado. Por exemplo, os métodos para a fabricação de partes de fricção moldadas envolvem, em geral, a combinação dos ingredientes desejados em um molde, cura da parte e moldagem, tratamento a quente e moagem da parte caso desejado. A transmissão automotiva e os papéis da fricção podem, em geral, ser realizados pela combinação dos ingredientes desejados em uma calda e a fabricação de um papel em uma máquina de papel utilizando os processos de fabricação de papel convencionais. Material de Selagem Fluido

A presente invenção está ainda direcionada para um material de selagem fluida e para processos para a fabricação dos materiais de selagem fluida. Os materiais de selagem fluida são utilizados dentro ou como uma barreira para evitar a descarga de fluidos e/ou gases e utilizados para evitar a entrada de contaminantes onde dois itens estão ligados. Uma utilização ilustrativa para o material de selagem fluida são as vedações. O material de selagem fluida compreende um ligante; opcionalmente, pelo menos uma carga; e um material de reforço fibroso que compreende a polpa de madeira e a polpa de poliarenoazol da presente invenção. Os ligantes apropriados incluem a borracha de nitrila, borracha de butadieno, neopreno, borracha de estireno- butadieno, borracha de nitrila-butadieno e suas misturas. O ligante pode ser adicionado com todos os outros materiais de partida. O ligante é tipicamente adicionado na primeira etapa do processo de produção da vedação, em que os ingredientes secos são misturados juntos. Outros ingredientes incluem, opcionalmente, as partículas de borracha não curadas e um solvente de borracha ou uma solução de borracha no solvente, para ocasionar o revestimento das superfícies das cargas e da polpa pelo ligante. As cargas apropriadas incluem o sulfato de bário, argilas, talco e suas misturas.

Os processos apropriados para a fabricação de materiais de selagem fluida são, por exemplo, um processo de adição agitador ou processo a úmido onde a vedação é fabricada a partir de uma calda de materiais, ou pelo o que é denominado uma calandragem, ou um processo a seco onde os ingredientes são combinados em uma solução elastomérica ou de borracha.

Muitas outras aplicações da polpa são possíveis, incluindo seu uso como um componente em papéis ou sua utilização como um material de filtro. Quando utilizado como um papel ou material de filtro, tipicamente, a polpa da presente invenção é combinada com um ligante e, um produto de folha ou papel ou parte moldada é fabricado pelos métodos convencionais.

Métodos de Teste

Os seguintes métodos de teste foram utilizados nos exemplos

seguintes.

A Liberação Padrão Canadense (CSF) (Canadian Standard Freeness) foi medida conforme descrita no método de teste TAPPI T227 em conjunto com a microscopia óptica. O CSF mede a taxa de drenagem de uma suspensão da polpa diluída. É um teste útil para avaliar o grau de fibrilação. Os dados obtidos a partir da realização daquele teste são expressos como Números de Liberação Padrão Canadense, que representam os milímetros de água que drenam de uma calda aquosa nas condições especificadas. Um grande número indica uma alta liberdade e uma alta tendência da água para drenar. Um baixo número indica uma tendência da dispersão de drenar lentamente. A liberdade está inversamente relacionada ao grau de fibrilação da polpa, uma vez que maiores números de fibrilas reduzem a taxa em que a água drena através de um tapete de papel em formação.

Os Comprimentos da Fibra médios, incluindo o comprimento médio ponderado do comprimento, foi determinado utilizando o Analisador da Qualidade da Fibra (comercializado pela OpTest Equipment Inc., 900 Tupper St., Hawkesbury, ON, K6A 3S3, Canadá) de acordo com o Método de Teste TAPPIT 271.

Temperatura: Todas as temperaturas são medidas em graus

Celsius (°C).

O Denier é medido de acordo com a norma ASTM D 1577 e é a densidade linear de uma fibra conforme expresso como o peso em gramas de 9.000 metros de fibra. O denier é medido em um Vibroscope pela Textechno de Munich, Alemanha. O denier vezes (10/9) é igual ao decitex (dtex).

Exemplos

A presente invenção será agora ilustrada pelos seguintes exemplos específicos. Todas as partes e porcentagens estão em peso, salvo indicações em contrário. Os exemplos preparados de acordo com o(s) processo(s) da presente invenção são indicados pelos valores numéricos. Os Exemplos Comparativos são indicados por letras.

Os seguintes exemplos ilustram o aumento surpreendente no grau de fibrilação de uma fibra de madeira pelo co-refinamento de uma pequena quantidade de fibra de poliarenoazol na presença de uma fibra de polpa de madeira. O grau de fibrilação é uma característica importante de um produto de polpa. Há uma relação direta entre o grau de fibrilação e a retenção da carga. Em adição, a fibrilação é útil para obter a dispersão uniforme dos produtos da polpa em uma variedade de materiais. Uma fibra altamente fibrilada também será capaz de se ligar a uma matriz mais intensamente através de um entrelaçamento físico do que uma fibra não fibrilada. Nos exemplos que seguem, a fibra de poli(benzobisoxazol de para-fenileno) (PBO) foi utilizada como uma representação da família da fibra de poliarenoazol e a polpa de kraft foi utilizada para representar as fibras da polpa de madeira.

Exemplo Comparativo A

Este exemplo ilustra o material do estado da técnica anterior que é fabricado quando a fibra da polpa de madeira é refinada sem qualquer fibra de poliarenoazol estando presente.

68,1 g de uma polpa de madeira dura (Hawesville Hardwood, polpa de Kraft branqueada, comercializada pela Weyerhaeuser Company Caixa Postal 9777 Federal Way, WA 98063-9777) foi dispersa em 2,7 L de água. A dispersão foi passada 5 vezes através de um Sprout-Wadron de velocidade única, um refinador em disco único de 30 cm (comercializado pela Andritz, Inc., Sprout-Bauer Equipment, Muncy, PA 17756) com uma abertura da placa configurada de 0,13 mm. As propriedades do refinado de PP 100% assim produzido são mostradas na Tabela 1; a Figura 3 é uma micrografia óptica digital do material mostrando a fibrilação limitada experimentada por este material após o refinamento.

Um papel foi então fabricado a partir do material refinado pela dispersão com um desintegrador de polpa padrão (conforme descrito no Apêndice A do TAPPI 205) de 6,7 gramas do material (em uma base de peso seco) em 1,5 L de água por 3 minutos, adicionado a dispersão em um molde de papel úmido possuindo um selecionador com as dimensões de 21 cm χ 21 cm. A dispersão foi então diluída com 5 L de água e um papel úmido foi formado no selecionador e o excesso de água foi removido com um rolo de pastel. O papel foi então seco a 100° C por 10 minutos em um secador de papel. As propriedades do papel assim produzido são mostradas na Tabela 2.

EXEMPLO COMPARATIVO B

Este exemplo ilustra uma polpa de poliarenoazol a 100%. Uma polpa de PBO a 100% foi produzida utilizando o mesmo procedimento que no Exemplo Comparativo A com a exceção de utilizar 68,1 g de uma fibra de PBO de 1,7 dtex possuindo um comprimento de corte de 12,7 mm (comercializado pela Toyobo Co., Ltda, Zylon Department, 2-2-8 Dojima-Hama, Kita-Ku Osaka) ao invés da fibra de madeira. As propriedades do refinado de PBO 100% assim produzido são mostradas na Tabela 1; a Figura 4 é uma micrografia óptica digital da polpa mostrando a fibrilação da fibra de PBO após o refinamento. Um papel foi então fabricado (conforme descrito no Exemplo Comparativo A) a partir do material refinado PBO e das propriedades do papel assim produzido conforme mostrado na Tabela 2.

EXEMLO 1

A polpa da presente invenção foi produzida utilizando o mesmo procedimento que no Exemplo Comparativo A com a exceção da dispersão contendo uma mistura das fibras de corte não refinados de partida do Exemplo Comparativo A e das fibras de corte não refinados de partida do Exemplo Comparativo B foi refinado, passando 17 vezes através de um refinador em disco para formar a polpa co-refinada. A mistura da fibra continha 61,7 g de uma polpa de madeira dura (Hawesville Hardwood1 polpa de Kraft branqueada, comercializada pela Weyerhaeuser Company Caixa Postal 9777 Federal Way1 WA 98063-9777) e 6,4 g de uma fibra de PBO de 1,7 dtex possuindo um comprimento de corte de 12,7 mm (comercializado pela Toyobo Co., Ltda, Zylon Department, 2-2-8 Dojima-Hama, Kita-Ku Osaka). As propriedades da polpa assim produzidas são mostradas na Tabela 1. Um papel foi então fabricado (como no Exemplo Comparativo A) a partir da polpa e as propriedades do papel assim produzido são mostradas na Tabela 2.

EXEMPLO 2

Outra polpa da presente invenção foi produzida utilizando o mesmo procedimento conforme o Exemplo 1 com a exceção da mistura contendo 50,8 g de uma polpa de madeira dura e 17,3 g de uma fibra de PBO de 1,7 dtex. A polpa co-refinada possuía cerca de 25% de PBO e 75% em peso de polpa de madeira. As propriedades da polpa assim produzidas são mostradas na Tabela 1; a Figura 5 é uma micrografia óptica digital da polpa mostrando a fibrilação de ambas a fibra de PBO e da polpa de madeira após o refinamento. Um papel foi então fabricado (conforme descrito no Exemplo Comparativo A) a partir da polpa e das propriedades do papel assim produzido são mostradas na Tabela 2.

EXEMPLO COMPARATIVO C

Este exemplo demonstra que ao refinar as fibras da polpa de madeira separadamente das fibras de poliarenoazol e, então, misturar as mesmas juntas, resulta em uma polpa que fornece um papel possuindo uma resistência à tensão menor (e, portanto, menos fibrilação) do que um papel fabricado a partir da polpa co-refinada da presente invenção.

Uma amostra do material refinado fabricado no Exemplo Comparativo A foi misturado com uma amostra do material refinado do Exemplo Comparativo B em uma quantidade de 75% em peso de material da polpa de madeira para 25% em peso do material de PBO (base em peso seco) utilizando um desintegrador de polpa de conforme descrito no Apêndice A do TAPPI 205 por 5 minutos. O desintegrador TAPPI foi utilizado para misturar as duas polpas refinadas dos Exemplos Comparativos AeB porque a agitação é vigorosa o suficiente para misturar e dispersar bem as polpas previamente refinadas, mas isto não iria mudar seu comprimento ou fibrilação. As propriedades da polpa assim produzidas são mostradas na Tabela 1. Um papel foi então fabricado (conforme descrito no Exemplo Comparativo A) a partir da polpa e as propriedades do papel assim produzido são mostradas na Tabela 2.

O material de polpa de madeira a 100% conforme descrito no Exemplo Comparativo A resulta em valores de CSF elevados. Com a adição de PBO para a polpa de madeira e o co-refinamento, a polpa resultante mostra uma gota nos valores de CSF. Este efeito é claramente observável no Exemplo 2, onde a polpa co-refinada de PBO/ polpa de madeira 25/ 75 foi fabricada e é mostrada na micrografia óptica que é a Figura 6. O valor CSF obtido com esta amostra é dramaticamente diferente do valor CSF obtido pela polpa da mistura a partir do Exemplo Comparativo A (100% de PBO) e B (100% de polpa de madeira) em uma proporção da base em peso seco 75/25 conforme descrito no Exemplo 2. Estes exemplos demonstram o efeito benéfico do co-refinamento da polpa de madeira com PBO versus a mistura dos produtos da polpa no equipamento de mistura convencional.

As médias do comprimento da fibra dos produtos da polpa produzidos nos Exemplos são listados na Tabela 1. É interessante notar que as amostras co-refinadas da presente invenção (Exemplos 1 e 2) possuem um comprimento da fibra mais curto do que a polpa produzida no Exemplo Comparativo C. Isto demonstra que ao co-refinar o PBO com a polpa de madeira, muitos tipos diferentes de produtos da polpa são produzidos que não podem ser obtidos ao simplesmente misturar a polpa de PBO com a polpa de madeira.

A Tabela 2 resume os resultados do módulo e da tenacidade obtidos pelas folhas de papel de prova fabricadas nos Exemplos. Os Exemplos 1 e 2 mostram as propriedades de módulo e tenacidade de uma polpa fabricada ao simplesmente misturar as polpas em uma proporção de 75/25 (Exemplo Comparativo C) e em alguns casos superar até os Exemplos Comparativos AeB. Assim como o Exemplo Comparativo C demonstra, estes resultados podem ser apenas obtidos quando o PBO e a polpa de madeira são processados juntos. A simples mistura da polpa da madeira e do PBO não resulta em qualquer benefício sobre o papel de polpa de madeira a 100%.

Tabela 1

<table>table see original document page 32</column></row><table>

Tabela 2

<table>table see original document page 32</column></row><table> EXEMPLO 3

Este exemplo ilustra como a polpa da presente invenção pode ser incorporada em uma vedação de adição agitação para as aplicações de selagem fluida. A água, borracha, látex, cargas, químicos e a polpa da presente invenção são combinados em quantidades desejadas para formar uma calda. Em uma peneira de arame circular (tal como um selecionador ou arame de máquina de papel), a calda é amplamente drenada de seu teor de água, é seca em um túnel de aquecimento e é vulcanizada em rolos de calandra aquecidos para formar um material que possui uma espessura máxima de cerca de 2,0 mm. Este material é comprimido em uma prensa hidráulica ou dois rolos de calandra, que aumenta a densidade e melhora a selabilidade.

Tais materiais de vedação que adicionam agitação, em geral, não possuem tão boa selabilidade como os materiais de fibra comprimida equivalentes e são melhor adaptados para as aplicações de alta temperatura de pressão moderada. As vedações que adicionam agitação encontram aplicabilidade na fabricação de vedações do motor auxiliar ou, após ainda o processamento, vedações da cabeça do cilindro. Para este propósito, o produto semi-final é laminado em ambos os lados de uma folha de metal pontiaguda e é fisicamente fixado no lugar pelos pontiagudos.

EXEMPLO 4

Este exemplo ilustra como a polpa da presente invenção pode ser incorporada em uma vedação fabricada pelo processo de calandragem. Os mesmos ingredientes que no Exemplo 3, menos a água, são totalmente misturados juntos a seco e, então, são misturados com uma solução de borracha preparada utilizando um solvente apropriado.

Após a mistura, o composto é, então, em geral, transportado em batelada em uma calandra em rolo. A calandra consiste em um pequeno rolo que é resfriado e um rolo grande que é aquecido. O composto é alimentado e retirado na calandra de laminagem pelo movimento giratório dos dois rolos. O composto irá aderir e embalar-se ao redor do rolo inferior quente em camadas, em geral, de cerca de 0,02 mm de espessura, dependendo da pressão, para formar uma material de vedação fabricado a partir das camadas do composto construído. Na realização do mesmo, o solvente evapora e inicia a vulcanização do elastômero.

Uma vez que a espessura do material de vedação desejado é obtida, os rolos são parados e o material de vedação é cortado do rolo quente e cortado e/ou perfurados ao tamanho desejado. Nenhuma prensa adicional ou aquecimento é requerido, e o material está pronto para atuar como uma vedação. Desta maneira, as vedações de cerca de 7 mm de espessura podem ser fabricadas. Entretanto, a maior parte das vedações fabricadas desta maneira são muito mais finas, normalmente sendo de 3 mm ou menos na espessura.

Claims

1. POLPA, para a utilização como material de reforço ou de processamento, caracterizada pelo fato de que compreende: (a) estruturas fibrosas de polpa de madeira fibriladas, as estruturas sendo de 60 a 97% em peso dos sólidos totais; (b) estruturas fibrosas de poliarenoazóis fibriladas sendo de 3 a -40% em peso dos sólidos totais; as estruturas fibrosas de poliarenoazóis e de polpa de madeira possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento médio ponderado do comprimento de não mais de 1,3 mm, e o suporte e as fibrilas onde as fibrilas de polpa de madeira e/ou os suportes são substancialmente entrelaçados com as fibrilas e/ou os suportes de poliarenoazóis.

2. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as estruturas fibrosas de polpa madeiras são de cerca de 60 a -75% em peso dos sólidos totais.

3. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as estruturas fibrosas de poliarenoazol são de cerca de 25 a 40% em peso dos sólidos totais.

4. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que possui uma Liberação Padrão Canadense (CSF) (Canadian Standard Freeness) de 100 a 700 mL.

5. POLPA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o poliarenoazol é um polibenzazol de haste rígida ou um polímero de polipiridazol de haste rígida.

6. POLPA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o polibenzazol é um polibenzobisoxazol.

7. POLPA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o polipiridazol é um polipiridobisimidazol.

8. MATERIAL DE FRICÇÃO, caracterizado pelo fato de que compreende: - um modificador de fricção; - um ligante; e - um material de reforço fibroso que compreende a polpa conforme descrita na reivindicação 1.

9. MATERIAL DE FRICÇÃO, de acordo com a reivindicação -8, caracterizado pelo fato de que: - o modificador de fricção é selecionado a partir do grupo que consiste em pós metálicos, abrasivos, lubrificantes, modificadores de fricção orgânicos e suas misturas; e - o ligante é selecionado a partir do grupo que consiste em resinas de polpa de madeira, resinas de melamina, resinas epóxi e resinas de poliimida e suas misturas.

10. MATERIAL DE SELAGEM FLUIDA, caracterizado pelo fato de que compreende: - um ligante; e - um material de reforço fibroso que compreende a polpa conforme descrita na reivindicação 1.

11. MATERIAL DE SELAGEM FLUIDA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o ligante é selecionado a partir do grupo que consiste em borracha de nitrila, borracha de butadieno, neopreno, borracha de estireno-butadieno, borracha de nitrila-butadieno e suas misturas.

12. PAPEL, caracterizado pelo fato de que compreende a polpa conforme descrita na reivindicação 1 e um ligante.

13. PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA POLPA, de madeira e de poliarenoazol fibriladas, para a utilização como material de reforço caracterizado pelo fato de que compreende: (a) combinar os ingredientes da polpa que incluem: (1) fibra de polpa da madeira possuindo um comprimento médio de não mais de 1 cm e sendo de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; (2) haste rígida de fibras de poliareanoazóis possuindo um comprimento médio de não mais de 10 cm e sendo de 3 a 40% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; e (3) água sendo de 95 a 99% em peso dos ingredientes totais; (b) mistura dos ingredientes para uma calda substancialmente uniforme; (c) co-refinamento da calda ao simultaneamente: (1) fibrilar, cortar e mastigar a fibra da polpa da madeira fibrilada e a fibra de poliarenoazol em estruturas fibrosas fibriladas em formato irregular com suportes e fibrilas; e (2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme; e (d) remover a água da calda refinada, produzindo, desta maneira, uma polpa de madeira fibrilada e polpa de poliarenoazol com a polpa de madeira fibrilada e as estruturas fibrosas de poliarenoazóis possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento médio ponderado do comprimento de não mais de 1,3 mm, e o suporte e/ou as fibrilas de madeiras fibriladas são substancialmente entrelaçados com as fibrilas e/ou os suportes de poliarenoazóis.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a fibra da polpa de madeira possui uma aspereza de não mais de 50 mg/100 m; e a fibra de poliarenoazol possui uma densidade linear de não mais de 2,5 dtex.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a polpa está sem agregados substanciais do mesmo material.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa de refinamento compreende passar a calda misturada através de uma série de refinadores de disco.

17. PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UMA POLPA de madeira e de poliarenoazol fibriladas para a utilização como material de reforço e de processamento, caracterizado pelo fato de que compreende: (a) combinar os ingredientes da polpa que incluem a água e uma primeira fibra a partir do grupo que consiste em: (1) a fibra de polpa da madeira sendo de 60 a 97% em peso dos sólidos totais nos ingredientes; e (2) fibras de poliareanoazóis de haste rígida sendo de 3 a -40% em peso dos sólidos na polpa; (b) mistura dos ingredientes combinados em uma suspensão substancialmente uniforme; (c) refinamento da suspensão em um refinador de disco de formar a cortar a fibra para possuir um comprimento médio de não mais de 10 cm e fibrilando e mastigando pelo menos algumas das fibras em estruturas fibrosas fibriladas de formato irregular; (d) combinar os ingredientes incluindo a suspensão refinada, a segunda fibra do grupo de (a) (1 e 2) possuindo um comprimento médio de não mais de 10 cm, e água, se necessário, para aumentar a concentração de água a 95 - 99% em peso dos ingredientes totais; (e) misturar os ingredientes, se necessário, para formar uma suspensão substancialmente uniforme; (f) co-refinamento da suspensão misturada ao simultaneamente: (1) fibrilar, cortar e mastigar os sólidos na suspensão, tal que toda ou substancialmente toda a polpa da madeira e a fibra de poliarenoazol seja convertida em polpa de madeira fibrilada formada de modo irregular e estruturas fibrosas de poliarenoazóis com suportes e fibrilas; e (2) dispersar todos os sólidos, tal que a calda refinada é substancialmente uniforme; e (g) remover a água da calda refinada, produzindo, desta forma, uma polpa de madeira e uma polpa de poliarenoazol com a polpa de madeira fibrilada e as estruturas fibrosas de poliarenoazóis possuindo uma dimensão máxima média de não mais de 5 mm, um comprimento médio ponderado do comprimento de não mais de 1,3 mm, e as fibrilas de madeiras e/ou suportes são substancialmente entrelaçados com as fibrilas e/ou os suportes de poliarenoazol.