BRPI0908200B1

BRPI0908200B1 - Método para produzir partículas eletrostaticamente

Info

Publication number: BRPI0908200B1
Application number: BRPI0908200-0A
Authority: BR
Inventors: Isto Heiskanen; Kaj Backfolk; Ali Harlin
Original assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2021-09-08
Also published as: JP2011514452A; BRPI0908200A2; EP2271437A4; WO2009106968A2; CN102015121A; US9273428B2; US20110000847A1; SE0800490L; ES2613705T3; EP2271437A2; SE533092C2; EP2271437B1; WO2009106968A3; JP5629216B2

Abstract

método para produzir partículas eletrostaticamente. a invenção se refere a um método para formar gotículas ou partículas de pelo menos uma substância compreendendo as etapas de provisão de um meio espumado, cujo meio espumado compreende dita substância, e formação de gotículas ou partículas de dita substância pelo menos parcialmente por processamento eletrostático. o uso de meio espumado em processamento eletrostático permite mais altas velocidades de produção e aumenta a uniformidade de uma camada de cobertura formada por eletrofiação ou eletronebulização das gotículas ou partículas sobre um substrato.

Description

Campo da invenção

[001] A invenção se refere a um método para formar gotículas ou partículas por processamento eletrostático. Ainda se refere a um meio para formação de partícula eletrostática, um método para formar papel ou papelão, um papel ou papelão, um método para formar um filtro, um filtro e um método para remover ou eliminar espuma de um meio.

Antecedentes da invenção

[002] Técnicas eletrostáticas, tais como eletrofiação e eletronebulização, são usadas para a produção de partículas submícron em muitos campos. Em eletronebulização, um campo elétrico de alta voltagem é aplicado a uma superfície de um líquido causando a emissão de gotículas carregadas finas. A técnica de eletrofiação é similar à técnica de eletronebulização. Contudo, em eletrofiação, as fibras são formadas a partir do líquido ao invés de gotículas devido a forças viscoelásticas.

[003] Um aparelho para eletronebulização ou eletrofiação tipicamente compreende bicos, que alimentam um meio líquido que compreende a substância que é para ser formada em partículas submícron, e uma placa coletora. O meio de eletronebulização ou electrofiação é tipicamente um polímero contendo líquido, tal como uma solução de polímero ou uma fusão. Uma diferença de potencial elétrico é aplicada entre os bicos e a placa. O campo eletrostático criado entre os bicos e a placa coletora faz com que o meio supere as forças coesivas que seguram o meio junto, através do qual um jato ocorre em direção à placa coletora. O campo eletrostático estica o jato e, dependendo das propriedades do meio líquido, tais como viscosidade, energia superficial, concentração de polímero, e a força do campo elétrico, fibras (eletrofiação) ou gotículas (eletronebulização) são formadas as quais são depositadas sobre a placa coletora. As gotículas ou fibras formadas podem ser coletadas como tais ou sendo depositadas como uma cobertura sobre um substrato cobrindo o coletor. O princípio da cobertura eletrostática é, por exemplo, resumida na literatura por Ramakrishna et al. [An Introduction to Eletrospinning and nanofibers, World Scientific Publishing co. Pte. Ltd., 2005]. Aplicações da técnica na indústria de papel e papelão têm, contudo, sido limitada e não extensivamente relatada.

[004] O documento US2007/0148365 revela um método de formação de papel ou papelão em que uma cobertura de nanofibras é aplicada à superfície do papel usando um dispositivo de eletrofiação. O dispositivo de eletrofiação usado no documento US2007/0148365 compreende uma pluralidade de iniciadores de menisco que formam áreas de carga concentrada na composição formadora de fibra. Contudo, o sistema revelado no documento US2007/0148365 está limitado a aplicações em que a formação de fibra é direcionada para cima. Além disto, o desempenho de tal dispositivo de eletrofiação é dependente do número, geometria, posição e desempenho de ditos iniciadores de menisco.

[005] O documento US2006/0266485 revela um método para aplicar nanofibras a uma rede de papel por eletrofiação. De acordo com o método revelado no documento US2006/0266485, as fibras são aplicadas à rede de papel em certas zonas onde a secura da rede de papel é favorável à aplicação de nanofibras.

[006] Na té cnica, problemas com deposição não uniforme das gotículas ou partículas formadas por técnicas de eletronebulização/eletrofiação foram observadas. Isto pode ser devido aos bicos de alimentação produzirem linhas de gotículas ou fibras fiadas. Além disto, a ejeção do jato de um bico de alimentação é freqüentemente instável, uma vez que pode começar e parar randomicamente e a taxa de produção pode variar. Outro fator que limita o uso de técnicas de eletronebulização/eletrofiação é a baixa taxa de produção em relação com estas técnicas. Tentativas de aumentar a taxa de produção pelo uso de campos elétricos mais altos são usualmente mal sucedidas, uma vez que cargas muito altas poderiam causar descarga eletrostática. Além disso, bicos de nebulização com diâmetros de orifício pequenos, tipicamente usados nos sistemas descritos na técnica anterior, são suscetíveis de obstruir e secagem de produtos químicos no meio de eletronebulização/eletrofiação pode ocorrer. Isto pode deteriorar a taxa de produção ainda mais.

Sumário da invenção

[007] Um objeto da presente invenção é proporcionar um método para formar gotículas ou partículas que não envolve os problemas da técnica anterior.

[008] Outro objeto da presente invenção é proporcionar um método para formar gotículas ou partículas submícron, cujo método permite uma alta velocidade de produção.

[009] Ainda outro objeto da presente invenção é alcançar uma deposição uniforme de gotículas ou partículas eletronebulizadas ou eletrofiadas sobre uma superfície.

[010] Os objetos acima mencionados, bem como outras vantagens, são alcançadas pelo método de acordo com a invenção. A invenção se refere a um método para formar gotículas ou partículas de pelo menos uma substância compreendendo, na dita ordem, as etapas de: proporcionar um meio espumado, cujo meio espumado compreende dita substância, e formar gotículas ou partículas de dita substância por processamento eletrostático.

[011] Como usado no presente documento, o termo “partículas” inclui partículas em qualquer forma, incluindo, mas não limitado a, fibras.

[012] Pel o termo “meio espumado” ou “espuma” como usado no presente documento significa uma dispersão de gás em um sólido ou em um líquido. Os glóbulos de gás podem ser de qualquer tamanho, por exemplo, desde coloidal até macroscópico.

[013] O escopo de processamento eletrostático inclui qualquer processo em que gotículas ou partículas são formadas eletrostaticamente, incluindo, mas não limitado a, eletronebulização (geração de gotículas) e eletrofiação (geração de fibras), bem como combinações das duas no intervalo de transição entre eletronebulização e eletrofiação.

[014] Surpreendentemente, foi mostrado que o uso de meio espumado em processamento eletrostático permite mais altas velocidades de produção e aumenta a uniformidade de uma camada de cobertura formada por eletrofiação ou eletronebulização das gotículas ou partículas sobre um substrato. Além disso, os problemas com descarga eletrostática entre o sistema que alimenta o meio, por exemplo, bicos, e a superfície de deposição podem ser evitados.

[015] Os objetos acima também foram alcançados por um meio para formação de partícula eletrostática, cujo meio compreende pelo menos uma substância que é para ser formada em gotículas ou partículas e onde dito meio está na forma de espuma.

[016] A invenção ainda se refere a um método para formar um papel ou papelão compreendendo as etapas de: formar uma rede de papel ou papelão, proporcionar um meio espumado compreendendo pelo menos uma substância para ser depositada sobre dita rede de papel ou papelão, formar gotículas ou partículas de dita substância por processamento eletrostático, e depositar ditas gotículas ou partículas sobre dita rede de papel ou papelão. Além disto, a invenção se refere a um papel ou papelão formado por dito método para formar um papel ou papelão.

[017] Dito método para formar papel ou papelão permite a cobertura e dimensionamento de papel ou papelão a altas velocidades de cobertura. Além disso, camadas lisas e uniformes da cobertura e/ou dimensionamento aplicados no papel ou papelão são obtidos.

[018] A invenção ainda se refere a um método para formar um filtro compreendendo uma camada de substrato e uma camada fibrosa eletrofiada, dito método compreendendo a etapa de eletrofiação de fibras de um meio espumado sobre dito substrato. Além disto, a invenção se refere a um filtro produzido por dito método.

[019] O método para produzir um filtro de acordo com a invenção dá lugar a uma distribuição próxima e uniforme das fibras sobre o substrato, através do qual filtros com altas eficiências de filtração podem ser produzidos.

[020] A invenção ainda se refere a um método para remover ou eliminar espuma do meio, dito método compreendendo a etapa de submeter dito meio a um campo eletrostático. Pelo método para eliminar ou remover espuma de um meio de acordo com a invenção, a maioria das bolhas de gás livre no meio é eficientemente removida e separada de modo que os problemas causados pelo excesso de quantidade de bolhas de gás livre é eliminado. Dito meio pode ser meio líquido ou sólido compreendendo espuma.

Breve descrição dos desenhos

[021] A figura 1a mostra uma foto tirada sob luz UV de um papelão coberto com partículas que foram eletrofiadas de um líquido de acordo com um exemplo comparativo (exemplo comparativo 1), representando a técnica anterior.

[022] A figura 1b mostra uma foto tirada sob luz UV de um papelão que está coberto com partículas que foi eletrofiado de um meio espumado de acordo com um exemplo (exemplo 1) da presente invenção.

Descrição detalhada da invenção

[023] A presente invenção se refere à formação de gotículas ou partículas de pelo menos uma substância por meios eletrostáticos, em que o meio compreendendo a substância que é para ser formada em gotículas ou partículas está na forma de espuma. Dito meio pode também ser referido como um meio espumado. As partículas formadas podem ser de tamanho micro-, nano- e/ou milímetro. De acordo com a invenção, a formação de gotículas ou partículas ocorre a partir da superfície da espuma e/ou a partir das superfícies das bolhas incorporadas na espuma. Em uma modalidade preferida, as gotículas ou partículas formadas pelo método de acordo com a invenção não contêm qualquer gás. Assim, a espuma não é transferida ou depositada sobre um coletor como espuma, mas como gotículas ou partículas.

[024] O uso de meio espumado para a formação de partículas por processamento eletrostático torna possível utilizar forças mais altas de campo elétrico sem causar descarga eletrostática entre o sistema de alimentação e a placa coletora. Sem querer estar preso a qualquer teoria, é provavelmente devido às propriedades dielétricas da espuma. A aplicação de forças mais altas de campo elétrico aumenta a taxa de produção. Além disso, o sistema de alimentação, por exemplo, bicos carregando o meio espumado, podem ser dispostos próximos ao coletor ou ao substrato para ser depositado pelas partículas formadas, sem causar deposição desigual. Isto ainda contribui a uma mais alta taxa de produção.

[025] Além disso, foi mostrado que menos energia é necessária a fim de iniciar a formação de partículas de uma superfície espumada que de um líquido não espumado. A produção de gotículas ou partículas a partir de uma superfície espumada pode ser iniciada ou “acendida” por um aumento instantâneo em voltagem ponto a ponto, isto é, aplicando uma voltagem em um único ponto ou localização. Como a formação de jato saltou em ação neste ponto específico, penetra rapidamente e se expande a toda superfície de espuma livre. O sistema pode ainda ser acendido em um único ponto usando um fusível, após o qual, desde este ponto, o processo de fiação se espalha através de toda superfície espumada. Desde então, o ponto de ignição não é mais necessário e a voltagem aplicada pode ser diminuída. Assim, uma quantidade menor de energia proporcionada como eletricidade é necessária para superar a tensão superficial e induzir a formação de uma gotícula ou fibra quando usando espuma como meio.

[026] Ainda outra vantagem com o uso de um meio espumado como meio de e-fiação ou e-nebulização é que o conteúdo de sólido do meio pode ser alto, em comparação com quando um meio líquido é usado. Conseqüentemente, materiais de fibra de madeira, por exemplo, material de celulose finamente moída ou nanofibras de celulose, podem ser misturados com um gás para formar espuma e desde então formados em gotículas ou partículas por meios eletrostáticos.

[027] O meio espumado usado na presente invenção pode ser proporcionado dispersando um gás em um líquido ou em um sólido, cujo líquido ou sólido compreende a substância que é para ser formada em gotículas ou partículas. Alternativamente, o meio espumado pode ser proporcionado primeiro dispersando um gás em um líquido ou em um sólido, a partir de então a substância é incorporada, por exemplo, impregnada ou espalhada, na dispersão formada.

[028] Quando formando gotículas ou partículas eletrostaticamente a partir do meio espumado, o meio espumado pode ser consumido no processo. De acordo com esta modalidade, o meio espumado pode consistir na substância que é para ser formada em gotículas ou partículas, solvente que é evaporado no processo e gás. Alternativamente, o meio espumado pode trabalhar como um suporte para a substância que é para ser formada em partículas. De acordo com esta modalidade, o meio espumado não é consumido no processo. Por exemplo, uma solução de polímero, cuja solução compreende o polímero que é para ser formado em gotículas ou partículas e o solvente que é evaporado no processo, pode ser incorporado na espuma.

[029] O meio espumado da presente invenção pode compreender um gás disperso em um líquido ou em um sólido em uma quantidade de pelo menos 5% em volume do meio total, ou em uma quantidade de entre 10-99% em volume, mais preferivelmente em uma quantidade de 50-99% em volume e o mais preferível em uma quantidade de 75-99% em volume do meio total. Uma alta quantidade de gás na espuma dá lugar a pequenas bolhas de distribuição de tamanho uniforme dispersas no líquido ou sólido. Conseqüentemente, a área total das superfícies das bolhas é aumentada, a partir de tais superfícies as gotículas ou partículas são formadas.

[030] Além disto, a distribuição de tamanho uniforme das bolhas contribui a um processo mais uniforme. O meio espumado pode também ser descrito como um compósito semelhante a esponja elástica de gás e líquido viscoso, cujo compósito compreende bolhas de ar em um líquido. É essencial que a quantidade de gás presente no meio espumado seja suficiente para superar poder solvente do líquido. Assim, essa pelo menos parte do gás forma bolhas no líquido. As bolhas de gás presentes na fase líquida podem ser de qualquer tamanho, desde coloidal até macroscópicas.

[031] O meio espumado da invenção pode ser biologicamente, quimicamente, mecanicamente ou acusticamente preparado. Muitas vezes, é mais prático preparar a espuma por meios mecânicos.

[032] O componente gasoso do meio espumado pode ser selecionado do grupo consistindo em ar, dióxido de carbono (CO2), vapor (H2O), gás nitrogênio (N2), gás hidrogênio (H2) e uma mistura dos mesmos. Em uma modalidade preferida, o componente gasoso é ar. Ar é muitas vezes a escolha mais conveniente quando incorporando o gás no líquido por, por exemplo, meios mecânicos.

[033] A fase líquida do meio espumado pode ser uma solução, uma dispersão ou uma fusão da substância que é para ser formada em gotículas ou partículas. Preferivelmente, a fase líquida ainda compreende um carreador. Um carreador se refere a um líquido que tem o propósito de participar no transporte, sustentação, condução e opcionalmente dissolução da substância para ser formada em gotículas ou partículas. O carreador pode, por exemplo, ser água, alcoóis ou solventes orgânicos ou misturas de solventes.

[034] A substância ou substâncias para ser formada em gotículas ou partículas pode ser polímeros ou uma mistura de polímeros. Polímeros adequados podem ser escolhidos de, por exemplo, poliolefinas, polivinis, poliamidas, poliimidas, poliacrilatos, poliésteres, e misturas dos mesmos.

[035] A fase líquida pode ainda compreender pelo menos um auxiliar de processo contribuindo a um efeito selecionado de formação de espuma, melhoramento do campo elétrico estático e intensificação da formação de partícula. Preferivelmente, o auxiliar de processo é um agente tensoativo (um surfactante), por exemplo, um polímero tensoativo. Em uma modalidade preferida, o auxiliar de processo é um agente formador de espuma, por exemplo, uma azida.

[036] O meio espumado pode ainda compreender agentes estabilizantes para assegurar a aceitação da retenção da fase gasosa na fase líquida. Em uma modalidade preferida da presente invenção, o meio espumado pode compreender partículas finas. A presença de partículas finas no meio espumado intensifica a formação de partícula e melhora a estabilidade do meio espumado. Como usado no presente documento, “partículas finas” se refere a aditivos sólidos. As partículas finas presentes no meio espumado podem, por exemplo, ter um diâmetro esférico de 1-1000 nm. As partículas finas podem, por exemplo, ser proteínas, polímeros bio-originados, tais como amido; partículas minerais, tais como argilas, sílicas, carbonatos de cálcio, óxidos de titânio, talco; intensificadores orgânicos, ligantes de látex sintético, sais; e derivados dos mesmos.

[037] Em uma modalidade da invenção, a formação de partículas é levada a cabo por eletrofiação, através da qual fibras ultrafinas são formadas. O diâmetro de fibras únicas pode, por exemplo, ser menor que 5 μm ou ainda menor que 400 nm. A formação de partículas podem também ser levada a cabo por eletronebulização, através da qual gotículas são formadas.

[038] A presente invenção é aplicável a qualquer campo de aplicação em que eletrofiação e/ou eletronebulização é usada hoje em dia, por exemplo, para cobertura eletrostática ou impregnação de um substrato ou para a produção de tecidos não tecidos. As partículas formadas pelo método da invenção podem ser depositadas sobre uma superfície coletora. A superfície coletora pode ser um substrato tal como um filme, uma rede de fibra, papel, folha metálica, ou qualquer outro substrato adequado.

[039] Em uma modalidade da invenção, as gotículas ou partículas formadas pelo método são depositadas sobre um substrato de papel ou papelão. As gotículas ou partículas podem, por exemplo, ser aplicadas a uma rede móvel de papel ou papelão durante o processo de fabricação de papel. O método da invenção pode assim ser usado para, por exemplo, cobertura ou dimensionamento de papel ou papelão. O método pode ser usado para incorporar vários tipos de fibras de polímero, diretamente sobre ou incorporados na superfície de papel ou papelão. Uma vantagem notável da presente invenção é que a velocidade de cobertura, como g/[m2 x min], pode ser aumentada a um nível não alcançado usando disposições de acordo com o estado da técnica. Pelo método de acordo com a invenção, uma alta quantidade de cobertura pode ser produzida em um curto tempo. Além disso, o uso de meio espumado neutraliza o problema com um bico de cobertura interferindo na magnitude do campo elétrico em um bico adjacente. Conseqüentemente, os bicos de cobertura podem ser dispostos mais próximos um do outro, através do qual sistemas de cobertura compactos podem ser usados.

[040] O método de acordo com a invenção pode ainda ser usado para produzir filtros compreendendo uma camada de substrato e uma camada fibrosa eletrofiada. Esta modalidade inclui a formação de fibras de um meio espumado em um campo eletrostático, cujas fibras são depositadas sobre uma camada de substrato. A camada de substrato é vantajosamente feita de um tecido produzido convencionalmente que tem uma estrutura suficientemente porosa. Um filtro preparado pelo método de acordo com a invenção dá lugar a propriedades de filtração aumentadas uma vez que as fibras eletrofiadas são uniformemente depositadas sobre a camada de substrato.

[041] De acordo com ainda outra modalidade da presente invenção, pequenas partículas são produzidas a partir do meio espumado, cujas pequenas partículas são coletadas como tais. Ditas pequenas partículas podem estar na forma de fibras descontínuas ou esferas irregulares ou misturas, aglomerados ou combinação dos mesmos. Ditas partículas têm pelo menos uma dimensão de sub-mícron- escala. Preferivelmente, as partículas são fibras tendo diâmetros abaixo de 10 μm, mais preferivelmente abaixo de 1 μm. As partículas formadas podem primeiro ser depositadas sobre uma superfície coletora, a partir da qual as partículas são rendidas. Pode-se prevenir a aderência das partículas à superfície coletora. O sistema pode ainda ser desenhado de modo que as partículas produzidas sejam continuamente removidas da superfície coletora. Pelo método da invenção, altos rendimentos de partículas podem ser atingidos.

[042] O método da invenção pode ainda ser usado para produzir fibrilas ou celulose microfibrilada, isto é, cordões de celulose de aproximadamente 50 nm de espessura. De acordo com a invenção, fibrilas podem ser produzidas dissolvendo celulose, formando um meio espumado da celulose dissolvida e eletrofiando dito meio espumado. Fibrilas produzidas de acordo com a invenção podem, por exemplo, ser usadas para reforçar plásticos, papéis de alta resistência e embalagens ecológicas.

[043] A formação de partícula eletrostática da presente invenção pode ser levada a cabo por meio de um aparelho convencional adequado para eletronebulização ou eletrofiação. O aparelho pode compreender um coletor, uma seção de alimentação e uma fonte de voltagem adaptada para proporcionar uma diferença de potencial elétrico entre o coletor e a seção de alimentação. A seção de alimentação pode ainda compreender um espalhador de espuma ou sistema de alimentação de espuma. O coletor pode ser uma placa de metal para suportar o substrato, embora uma placa, um rolo, um tambor, um cilindro ou similar também pode ser possível de ser usado. A voltagem eletrostática é preferivelmente entre 10 e 100 kV, mais preferivelmente entre 40 e 60 kV, e a distância entre a espuma e o substrato é preferivelmente entre 10 e 300 mm, mais preferivelmente cerca de 50 mm.

[044] O processamento eletrostático, por exemplo, eletronebulização ou eletrofiação, das gotículas ou partículas pode ser conduzido usando voltagem direta e/ou alternada. Em uma modalidade da invenção, o processamento eletrostático é realizado na presença de um campo elétrico de corrente alternada (CA). Isto pode ser atingindo aplicando um potencial elétrico alternado a qualquer dos eletrodos formando o campo elétrico, por exemplo, um potencial elétrico alternado pode ser aplicado a qualquer seção de alimentação ou ao coletor. O uso de potenciais de CA dá lugar a uma cobertura melhorada da superfície depositada pelas gotículas ou partículas formadas. O meio espumado facilita o uso de potenciais de CA devido às propriedades dielétricas da espuma.

[045] O processamento eletrostático pode também ser realizado usando tanto corrente alternada como corrente direta simultaneamente. Neste sentido, a forma das partículas produzidas no processo pode ser variada. De acordo com uma modalidade, um potencial elétrico alternado é aplicado ao coletor e um potencial elétrico direto é aplicado à seção de alimentação, através do qual partículas na forma de fibras bem grandes podem ser produzidas. Em outra modalidade, um potencial elétrico alternado é aplicado à seção de alimentação e um potencial elétrico direto é aplicado ao coletor, através do qual mais partículas finas podem ser produzidas.

[046] A seção de alimentação do aparelho adequado pode, por exemplo, ser uma placa lisa, sobre a qual o meio espumado pode ser deixado para que se mova lentamente para baixo a uma ranhura de descarga. Na ranhura de descarga, a partícula formando o meio é arrastada ao coletor pelo campo eletrostático. Os jatos formados são esticados diretamente de diversas localizações randômicas da superfície da espuma. As propriedades viscosas de espuma são vantajosas para tal sistema de alimentação.

[047] Em outra modalidade, a espuma pode ser alimentada através de uma abertura, por exemplo, uma fenda proporcionada com uma largura de fenda variável. Opcionalmente, a tensão superficial e a largura de fenda podem ser ajustadas de modo que a espuma não extravase, mas ainda proporcione suficiente área de superfície livre para produção de jatos.

[048] Em ainda outra modalidade, o sistema de alimentação pode compreender um ou um número de bicos. O uso de meio espumado neutraliza o problema com um bico interferindo na magnitude do campo elétrico em um bico adjacente. Conseqüentemente, os bicos podem ser dispostos mais próximos um do outro, através do qual sistemas de alimentação compactos podem ser usados.

[049] De acordo com uma modalidade preferida, a formação de partícula é levada a cabo a partir de uma superfície do meio espumado, livre, preferivelmente plana, isto é, sem o uso de quaisquer bicos ou similares. O meio espumado facilita a formação de gotículas ou partículas a partir de uma superfície livre uma vez que altos picos de cargas no meio, que poderiam causar descarga, são evitados. A formação de gotículas ou partículas a partir de uma superfície livre de um meio espumado por meios eletrostáticos dá lugar a uma surpreendentemente alta taxa de produção. Além disto, a possibilidade de usar uma superfície livre do meio espumado dá lugar a uma aumentada flexibilidade quando desenhando o sistema de alimentação. De acordo com esta modalidade, o sistema de alimentação pode compreender uma superfície plana, por exemplo, uma placa de metal, ou pode compreender uma superfície curva.

[050] A formação de gotículas ou partículas de acordo com a invenção pode ser levada a cabo usando meios eletrostáticos em combinação com outras forças, por exemplo, em combinação com o uso de meios mecânicos. Assim, o uso de um campo eletrostático pode, por exemplo, ser combinado com o uso de sistemas de bicos rotatórios ou sistemas de alimentação pressurizados para melhorar ainda os jatos.

[051] A invenção pode ainda ser usada para remover ou eliminar espuma de um meio, cujo meio compreende espuma. A formação de espuma em meio fluente é um problema em muitos processos industriais, por exemplo, na indústria de papel, na indústria de alimentos, na indústria farmacêutica e na indústria de tintas. Na técnica, a formação de espuma é tipicamente prevenida pelo uso de agentes antiespumantes ou, alternativamente, o gás é eliminado pelo uso de dispositivos de desgaseificação mecânicos tais como aparelhos centrifugadores. Contudo, os dispositivos de desgaseificação tradicionais freqüentemente ocupam espaço e são custosos.

[052] De acordo com a invenção, o meio compreendendo gás na forma de espuma é submetido a um campo eletrostático, isto é, uma diferença de potencial elétrico é aplicada entre o meio e um coletor. Neste sentido, gotículas ou partículas são eletrostaticamente formadas a partir da superfície da espuma e/ou a partir da superfície das bolhas incorporadas na espuma através do qual as bolhas na espuma são quebradas.

[053] Conseqüentemente, o gás é liberado e assim removido do meio. As partículas formadas pelo método são depositadas sobre o coletor e podem ser recicladas.

[054] Dito método para eliminar ou remover espuma é aplicável a tratamento de meio de processo fluido de diversas indústrias, por exemplo, do processo de fabricação de papel, a indústria de alimentos, a indústria farmacêutica, a indústria de pinturas e a indústria de tintas. O meio fluido pode ser baseado em água, alcoóis ou solventes orgânicos ou misturas de solventes. O meio fluido pode estar na forma de uma fusão. Alternativamente, o meio fluido pode ser uma suspensão, tal como uma suspensão de fibras, por exemplo, uma suspensão de fibras celulósicas para fabricação de papel (o assim chamado estoque) ou água residual da máquina de fabricação de papel. Quando tratando água branca pelo método de acordo com a invenção, pequenas partículas hidrofóbicas podem ser geradas e depositadas sobre a placa coletora, tais como ceras, amidos e proteínas. Estas partículas podem ser recicladas para a suspensão de fibras.

[055] O método de remoção de espuma pode vantajosamente ser usado como uma etapa em um processo de flotação, por exemplo, na destintagem de uma pasta de polpa reciclada. Em um processo de flotação, ar é injetado a um meio fluido (por exemplo, a uma pasta de polpa reciclada) que forma bolhas que se anexam às partículas hidrofóbicas (por exemplo, partículas de tinta de impressão). As bolhas se movem para a superfície da suspensão onde formam uma camada de espuma. Na técnica anterior, esta camada de espuma é removida pelos meios mecânicos. De acordo com a invenção, esta camada de espuma pode ser removida submetendo a um campo eletrostático. Assim, uma diferença de potencial elétrico pode ser aplicada entre o meio e um coletor, através do qual partículas (por exemplo, partículas de tinta) são eletrostaticamente formadas e depositadas sobre o coletor, simultaneamente uma vez que as bolhas de ar são destruídas. Neste sentido, a espuma pode ser removida e as partículas de tinta podem ser recuperadas.

[056] O método de remoção ou eliminação de espuma de um meio de acordo com a presente invenção pode ser levado a cabo por meio de um aparelho convencional adequado para eletronebulização ou eletrofiação. Tal aparelho foi descrito acima em conjunto com o método de formação de partículas. O aparelho pode, como descrito acima, compreender um coletor, uma seção de alimentação e uma fonte de voltagem adaptada para proporcionar uma diferença de potencial elétrico entre o coletor e a seção de alimentação. A seção de alimentação pode ainda compreender um espalhador de espuma ou sistema de alimentação de espuma. O coletor pode ser uma placa, um rolo, um tambor, um cilindro ou similar. Em uma modalidade preferida do método de remoção ou eliminação de espuma de um meio, o meio é espalhado sobre uma superfície, por exemplo, sobre uma superfície de metal, formando um filme fino de líquido, a partir de então é submetido a um campo eletrostático. Neste sentido, as bolhas de gás no meio sobem mais rápido à superfície do meio, o que facilita a formação eletrostática de gotículas ou partículas, e assim a eliminação de espuma, do meio.

[057] O processamento eletrostático, por exemplo, eletronebulização ou eletrofiação, para remover ou eliminar espuma pode ser conduzido usando voltagem direta e/ou alternada.

EXPERIMENTOS

[058] A invenção é ainda descrita com referência a alguns exemplos abaixo. É para ser entendido que a invenção não esta limitada às etapas de processo particulares e materiais revelados no presente documento.

[059] À luz da diferença, um experimento comparativo seguindo o procedimento representando o estado da técnica foi também conduzido.

Exemplo comparativo 1

[060] Uma composição intermediária compreendendo uma mistura de dióxido de titânio, álcool polivinílico, óxido de polietileno, (TiO2+PVA+PEO), como compostos para serem formados em partículas; dodecil sulfato de sódio (SDS do inglês sodium dodecyl sulphate) como auxiliar de processo e água como carreador foi preparado. As concentrações dos ingredientes em um lote de 500 g, foram 6,4% de PVA, 1,0% de PEO, 3 gotas de SDS e água para balancear. Esta composição intermediária foi eletrofiada a partir de bicos (distância de bico aproximadamente 50 mm, voltagem aproximadamente 40 kV). As partículas foram depositadas sobre um papelão de 240 g/m2.

[061] Os resultados foram avaliados visualmente e também tirando fotografias sob luz UV. A figura 1a mostra uma foto do papelão coberto tirada sob luz UV. TiO2 é usado como um marcador de uniformidade de espalhamento, uma vez que absorve luz UV e assim a cobertura pode ser vista como linhas escuras. Durante a fiação somente um jato foi observado deixando um bico. O efeito de pele foi observado sobre os bicos. Como pode ser observado na figura 1a, linhas de fiação claras de cada bico podem ser vistas no papelão. Estas linhas de fiação são um sintoma de cobertura não uniforme.

Exemplo 1

[062] A mesma composição intermediária como usado no exemplo comparativo 1 foi espumado mecanicamente usando um misturador. O volume aumentou por mais de o dobro, uma vez que ar foi incorporado na fase líquida. Assim, o meio espumado formado compreendia gás em uma quantidade de aproximadamente 50%-60% em volume do meio total. Este meio espumado foi eletrofiado a partir dos bicos usados nos exemplo comparativo 1 (distância aproximadamente 50 mm, voltagem aproximadamente 40 kV). O peso de cobertura foi mantido igual em ambos os experimentos. As partículas formadas foram depositadas sobre um papelão de 240 g/m2.

[063] O espalhamento resultante foi de novo avaliado visualmente e tirando fotografias sob luz UV. A figura 1b mostra uma foto do papelão coberto tirada sob luz UV. Como pode ser visto na figura 1b, a uniformidade de espalhamento foi evidenciada uma vez que nenhuma linha fiada a partir dos bicos estava visível no papelão. De cada bico, diversos filamentos foram ejetados em direção ao coletor. A espuma era também mais fácil de ser bombeada e alimentada aos bicos, o que contribuiu a uma dosagem mais fácil. Como resultado, a cobertura do produto final foi mais homogênea e uniformemente distribuída.

Exemplo 2

[064] Uma composição intermediária compreendendo mistura de dióxido de titânio, álcool polivinílico, óxido de polietileno, (TiO2+PVA+PEO), como compostos para serem formados em partículas; dodecil sulfato de sódio (SDS) como auxiliar de processo e água como carreador foi preparada. As concentrações de ingredientes em um lote de 500 g, foram 6,4% de PVA, 1,0% de PEO, 3 gotas de SDS e água para balancear. A composição intermediária foi espumada mecanicamente usando uma mistura. 9 g do meio espumado foram espalhados sobre uma placa de metal como uma área de 10 cm x 10 cm e eletrofiada (distância aproximadamente 50 mm, voltagem aproximadamente 40 kV) a partir da superfície da espuma. De novo, as partículas formadas foram depositadas sobre um substrato de papelão (240 g/m2).

[065] As partículas (aqui fibras) foram formadas diretamente a partir da superfície livre da espuma, isto é, sem quaisquer bicos ou similares. A densidade de fibras deixando a superfície da espuma foi alta. Como o experimento foi conduzido até o final, toda a espuma foi consumida e fiada em fibras sem qualquer perda substancial de reagente. A concentração parece permanecer estável quando espumada sem gradientes que perturbam o processo. A capacidade fiação não diminuiu em função do tempo. De novo, um espalhamento uniforme foi observado. Além disso, a velocidade de deposição foi surpreendentemente alta. A velocidade de deposição foi significantemente mais alta que quando bicos foram usados.

Claims

1. Método para formar gotículas ou partículas de pelo menos uma substância caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:i) proporcionar um meio espumado mediante um sistema de alimentação de espuma, cujo meio espumado compreende dita substância, e cujo meio espumado é proporcionado por dispersão de um gás em um líquido ou em um sólido, cujo líquido ou sólido compreende dita substância, ou cujo meio espumado é proporcionado por dispersão de um gás em um líquido ou em um sólido através do qual uma dispersão de um gás em um líquido ou um gás em um sólido é formada, a partir de então a pelo menos uma substância é incorporada em dita dispersão, em que o gás é dispersado no líquido ou no sólido em uma quantidade de 50 a 99% por volume domeio espumado total;ii) formar gotículas ou partículas de magnitude nano de dita substância por eletrofiação ou eletronebulização de dito meio espumado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás está disperso no líquido ou no sólido em uma quantidade de 75 a 99% em volume do meio espumado total.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que dito líquido é proporcionado por dispersão de e/ou dissolução de dita substância em um solvente.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que dito líquido é uma fusão de dita substância.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de que dito gás é selecionado do grupo consistindo em ar, dióxido de carbono (CO2), vapor (H2O), gás nitrogênio (N2), gás hidrogênio (H2) e/ou uma mistura de qualquer dos ditos gases.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, caracterizado pelo fato de que a formação de partícula ou gotícula na etapa ii) é levada a cabo a partir de uma superfície livre do meio espumado.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de depositar as gotículas ou partículas formadas sobre um substrato.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que dito substrato é papel ou papelão.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que a etapa ii) de formação de gotículas ou partículas de dita substância por processamento eletrostático é realizada na presença de um campo elétrico de corrente alternada (CA).