ES2271007T3 - Material en forma de lamina absorbente que tiene particulas resistentes al corte y metodos para fabricar el mismo. - Google Patents

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Abstract

Un material en forma de lámina resistente a los cortes, resistente a la trituración y absorbente, caracterizado porque comprende: un sustrato absorbente que tiene al menos 50 por ciento en peso de un material absorbente; y una pluralidad de partículas resistentes a los cortes no fibrosas en contacto con el sustrato absorbente, en donde las partículas tienen un tamaño promedio de al menos aproximadamente 100 micrómetros y en donde el sustrato absorbente está prácticamente exento de carga libre inorgánica en forma de partículas.

Description

Material en forma de lámina absorbente que tiene partículas resistentes al corte y métodos para fabricar el mismo.
Campo técnico
La presente invención se refiere en general a materiales en forma de lámina resistentes a los cortes, resistentes a la trituración y absorbentes y métodos para elaborar tales materiales. Más específicamente, en una realización, la presente invención se refiere a estructuras de papel con alto peso por unidad de superficie que incluyen partículas de polímero distribuidas aleatoriamente encerradas en la estructura de papel.
Antecedentes de la invención
Los materiales protectores que tienen durabilidad, tal como resistencia a los cortes y/o resistencia a la trituración, se han utilizado para muchas aplicaciones. Por ejemplo, los materiales protectores se pueden utilizar como tablas de cortar para cubrir encimeras durante la preparación de alimentos, tal como cuando se cortan carnes o verduras para cocinar. Tales materiales protectores pueden proteger los artículos alimenticios de entrar en contacto con contaminantes que pueden residir en la superficie de apoyo, tal como una encimera. Además, dicho material también puede proteger la superficie de apoyo de daños físicos ocasionados por la herramienta de corte, así como de la contaminación ocasionada por el artículo alimenticio que se esté preparando.
Sin embargo, muchos materiales que son protectores no son absorbentes. Por ejemplo, una tabla de cortar de plástico rígido no absorberá los jugos de los artículos alimenticios y estos jugos pueden salirse de la tabla de cortar y ensuciar la encimera o superficie de apoyo. Además, muchos de tales materiales no son flexibles, por lo que no se pueden almacenar, manipular o eliminar fácilmente. Asimismo, debido a que muchas tablas de cortar rígidas no están previstas para ser eliminadas después de su uso, requieren limpieza después de cada uso.
Por otro lado, muchos materiales, tales como materiales de tipo papel, pueden presentar gran absorbencia y flexibilidad y ser desechables. Sin embargo, tales materiales pierden de forma típica una cantidad significativa de resistencia cuando se mojan, por lo que no pueden proteger adecuadamente una superficie de apoyo frente a las fuerzas de corte. Además, de forma típica tales materiales no son resistentes a la trituración y, si se usan como tablas de cortar, se pueden transferir partículas del material al artículo alimenticio que se esté preparando.
Por tanto, muchos materiales que son muy resistentes a los cortes y a la trituración de forma típica no son deseables para su uso como láminas para cortar desechables, debido a la baja flexibilidad y la baja absorbencia inherentes de forma típica en tales materiales, así como el alto coste de tales materiales. En cambio, muchos materiales que son muy flexibles o absorbentes y de menor coste no son deseables de forma típica para su uso en tales aplicaciones debido a la baja resistencia a los cortes y a la trituración inherente de tales materiales. Por ejemplo, los materiales de plástico son muy resistentes a los cortes y a la trituración pero poco absorbentes, mientras que los materiales de papel convencionales son de forma típica muy absorbentes, pero poco resistentes a los cortes y/o a la trituración, puesto que las fibras de papel se pueden liberar fácilmente cuando la herramienta de corte se coloca sobre la superficie de corte.
El documento WO 99/18156 describe una lámina polimérica de la que se dice que tiene una excelente resistencia a los cortes que comprende un material polimérico y una carga dura.
Las fibras poliméricas han sido utilizadas anteriormente como aglutinante y agente reforzante en estructuras de papel. De forma típica, en tales estructuras de papel, se añaden fibras hechas de polímeros hidrófobos a pelusa de papel durante la formación de papel. Durante el secado de la mezcla, las fibras poliméricas fluyen y recubren las fibras de papel circundantes, encerrando las fibras de papel en la estructura y reduciendo significativamente la absorbencia total de la estructura resultante. Aunque la cantidad de fibra de polímero se podría reducir en la mezcla para aumentar la absorbencia, tal solución compromete la resistencia a los cortes y la resistencia a la trituración de la estructura. Así, un problema de tales estructuras es que la cantidad de fibras de polímero requerida para conseguir una adecuada resistencia a los cortes y/o resistencia a la trituración reduce significativamente la absorbencia de la estructura.
Por tanto, es deseable proporcionar un material en forma de lámina que presente buena absorbencia y también buena resistencia a los cortes y a la trituración. También es deseable proporcionar un material que sea además relativamente flexible de manera que pueda ser fácilmente desechable y fácilmente administrado, almacenado y manipulado. Además, resulta deseable proporcionar tales materiales en forma de lámina que, aunque sean de uso duradero, puedan ser fabricados de forma económica para así justificar su eliminación después de cada uso.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es obviar los problemas descritos anteriormente.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar una lámina de corte desechable y protectora.
Otro objeto adicional de la presente invención es proporcionar un material en forma de lámina que sea absorbente, resistente a los cortes y resistente a la trituración.
Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un material en forma de lámina que se pueda utilizar para cortar artículos alimenticios y que pueda absorber eficazmente jugos de los artículos alimenticios resistiendo simultáneamente los daños de una herramienta de corte.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un material en forma de lámina que sea resistente a la trituración y que pueda absorber cantidades significativas de fluido producido por artículos alimenticios.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un material en forma de lámina resistente a los cortes, absorbente y resistente a la trituración que sea fácilmente desechable.
Otro objeto más de la presente invención es fabricar un material en forma de lámina resistente a los cortes, absorbente y resistente a la trituración utilizando equipos convencionales.
Para conseguir los objetivos mencionados y otros objetivos, y según un aspecto de la invención, se proporciona un material en forma de lámina a resistente a los cortes, resistente a la trituración y absorbente. El material en forma de lámina comprende al menos 50 por ciento en peso de un material absorbente. Una pluralidad de partículas resistentes a los cortes que tienen un tamaño promedio de al menos aproximadamente 100 micrómetros está distribuida a través del material absorbente. El material en forma de lámina tiene preferiblemente un peso por unidad de superficie de al menos 1,59 Pa (163 g/m^{2} [100 libras por 3.000 pies^{2}]). También se prefiere que el material absorbente esté prácticamente exento de carga inorgánica en forma de partículas.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un método para conformar un material resistente a los cortes, resistente a la trituración y absorbente. El método comprende las etapas de conformar una mezcla que comprende fibras absorbentes, partículas poliméricas no fibrosas y agua. Las partículas poliméricas tienen un tamaño promedio de aproximadamente 100 a aproximadamente 1.000 micrómetros, las fibras absorbentes se proporcionan en una cantidad de al menos 50 por ciento en peso y la mezcla está prácticamente exenta de carga inorgánica en forma de partículas. La mezcla se conforma en una lámina que, a continuación, se seca. La lámina seca tiene un peso por unidad de superficie de al menos 1,59 Pa (163 g/m^{2} [100 libras por 3.000 pies^{2}). Preferiblemente, la lámina se densifica utilizando calor y presión para encerrar las partículas de polímero y para mejorar la resistencia a los cortes y a la trituración.
Según otro aspecto de la invención, se proporciona un material en forma de lámina absorbente y resistente a la trituración que comprende un sustrato absorbente y partículas resistentes a los cortes dispersas a través del sustrato absorbente. La lámina presenta pérdida por abrasión en húmedo de menos de aproximadamente 400 mg por 100 revoluciones y una eficacia absorbente de al menos 0,2. Se prefiere que las partículas resistentes a los cortes tengan un tamaño promedio de al menos 100 micrómetros. También se prefiere que la lámina tenga un peso por unidad de superficie de al menos 1,59 Pa (163 g/m^{2} [100 libras por 3.000 pies^{2}]), que el sustrato absorbente se proporcione en una cantidad de al menos 50 por ciento en peso y que el sustrato absorbente esté prácticamente exento de carga inorgánica en forma de partículas. Preferiblemente, el material en forma de lámina presente una resistencia a los cortes de al menos 30 kgf/cm.
Otros objetos de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción en donde se muestran y describen realizaciones preferidas de esta invención y se incluye un modo mejor contemplado actualmente para llevar a cabo esta invención, simplemente con fines ilustrativos. Como se comprenderá, la invención ofrece otros aspectos y realizaciones diferentes que no se apartan del ámbito de la invención. Por tanto, los dibujos y descripciones tienen naturaleza ilustrativa y no restrictiva.
Breve descripción de los dibujos
Aunque la memoria descriptiva concluye con reivindicaciones que delimitan especialmente y reivindican claramente la invención, se cree que la presente invención se comprenderá mejor a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas consideradas conjuntamente con los dibujos acompañantes en los que:
la Fig. 1 es una vista en planta de una lámina ilustrativa de material, elaborada según los principios de la presente invención;
la Fig. 2 es un corte transversal del material en forma de lámina ilustrativo de la Fig. 1;
la Fig. 3 es un corte transversal de una realización de un material laminar en forma de lámina elaborado según los principios de la presente invención;
la Fig. 4 es un corte transversal de otra realización de un material laminar en forma de lámina elaborado según la presente invención;
la Fig. 5 es un corte transversal de otra realización de un material laminar en forma de lámina elaborado según la presente invención;
la Fig. 6 es un corte transversal de otra realización de un material laminar en forma de lámina elaborado según la presente invención;
la Fig. 7 es un corte transversal de otra realización más de un material laminar en forma de lámina elaborado según la presente invención;
la Fig. 8 es un corte transversal de otra realización más de un material en forma de lámina elaborado según la presente invención;
la Fig. 9 es una ilustración esquemática general de un sistema de procesado de láminas adecuado para fabricar el material en forma de lámina de la Fig. 1 según los principios de la presente invención;
la Fig. 10 es una ilustración esquemática general de un sistema de procesado de láminas alternativo adecuado para fabricar el material en forma de lámina de la Fig. 1 según los principios de la presente invención;
la Fig. 11 es un corte transversal de otra realización de un material en forma de lámina elaborado según la presente invención;
la Fig. 12 es un corte transversal de otra realización de un material laminar en forma de lámina elaborado según los principios de la presente invención;
la Fig. 13 es un diagrama esquemático que ilustra un proceso y los equipos relacionados que se pueden utilizar para fabricar el material laminar en forma de lámina de la Fig. 12;
la Fig. 14 es un diagrama esquemático que ilustra equipo ilustrativo y un proceso que se puede utilizar para densificar material en forma de lámina, tal como los materiales en forma de lámina de las Figs. 2-8 y 11-12, y
la Fig. 15 es una tabla de datos que ilustra las propiedades preferidas de los materiales en forma de lámina elaborados según los principios de la presente invención.
Descripción detallada de realizaciones preferidas
Atendiendo ahora detalladamente a los dibujos, en donde con números similares se indican estructuras correspondientes en todas las vistas, la Fig. 1 es una vista en planta de un material en forma de lámina 20 ilustrativo elaborado según los principios de la presente invención. En esta realización, el material en forma de lámina 20 incluye un sustrato absorbente 22 y una pluralidad de partículas 24 resistentes a los cortes dispersadas aleatoriamente a través del sustrato 22. Como se puede ver mejor en el corte transversal de la Fig. 2, la lámina 20 tiene un espesor t prácticamente uniforme e incluye una superficie de corte 26 y una segunda superficie 28. Preferiblemente, las superficies 26 y 28 son prácticamente planas.
El sustrato absorbente 22 continuo se puede conformar a partir de cualquier material o materiales adecuados para absorber y/o contener fluidos de interés. Por ejemplo, los materiales adecuados incluyen materiales conformados a partir de fibras naturales, tales como fibras celulósicas o fibras celulósicas refinadas, y/o fibras sintéticas, incluyendo fibras huecas y fibras de canal de capilaridad. Como alternativa o junto con tales fibras, el sustrato absorbente 22 podría incluir, por ejemplo, un material de espuma polimérica absorbente, un material gelificante polimérico absorbente, un material hidrogel y/o almidones y gomas naturales. Los materiales de particular interés incluyen sustratos celulósicos, tales como cartón, tal como se utilizan de forma típica en la fabricación de papel. Como se describe más detalladamente a continuación, se puede utilizar SSK (papel kraft de madera de coníferas del sur), NSK (papel kraft de madera de coníferas del norte) o pelusa de fibra celulósica de eucalipto para conformar el sustrato 22. El sustrato 22 podría comprender de forma alternativa un sustrato no tejido, tal como se puede construir mediante fibras sintéticas entrelazadas, por ejemplo.
En la realización de la Fig. 1, el sustrato absorbente 22 comprende una capa continua de material. Sin embargo, el sustrato 22 podría comprender una estructura estratificada que tiene una pluralidad de capas de la misma o diferente composición. Asimismo, el sustrato absorbente 22 puede comprender una banda de vehículo absorbente o no absorbente que puede incluir un material absorbente.
Las partículas 24 resistentes a los cortes pueden estar conformadas a partir de cualquier material o materiales duraderos que sean básicamente resistentes a los cortes, la abrasión y la trituración de utensilios de corte utilizados para la preparación de alimentos, tales como cuchillos de cocina, por ejemplo. Se pueden utilizar materiales típicos que presentan tales propiedades, incluyendo los que presentan un alto grado de tenacidad y una estructura molecular cristalina. En la realización preferida, las partículas 24 resistentes a los cortes están hechas a partir de materiales poliméricos, tales como etilen-vinil-acetato (EVA), polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de baja densidad lineal (LLDPE), poli(cloruro de vinilo) (PVC), plastisoles, polipropileno (PP), polietilen-tereftalato modificado con glicol (PETG), polietileno de ultra alto peso molecular (UHMWPE), poliestireno y/o poliuretanos. También se pueden utilizar otros termoplásticos, termoestables, poliolefinas, materiales compuestos poliméricos y/o vítreos. Además, las partículas 24 pueden incluir polímeros de melamina-formaldehído o materiales poliméricos compuestos con cargas y/o aditivos, tales como talco, mica, carbonato cálcico y/u otras cargas inorgánicas.
Preferiblemente, el material utilizado en las partículas 24 resistentes a los cortes tiene una temperatura de fusión T_{m} lo suficientemente baja para que se ablande a temperaturas que no ocasionen que el sustrato 22 se carbonice o queme durante la aplicación de calor. Dicho material se puede así unir parcialmente al sustrato 22 mediante la aplicación de calor y/o presión, preferiblemente durante un proceso posterior que densifica el material en forma de lámina producido durante un proceso inicial para elaborar la lámina. Dicho proceso puede además aumentar la resistencia a los cortes y la resistencia a la trituración del material en forma de lámina. Se prefiere que la temperatura de fusión de las partículas sea menor o igual a aproximadamente 232ºC(450ºF). Preferiblemente, el material utilizado para las partículas 24 tiene un punto de reblandecimiento Vicat (utilizando la prueba ASTM D1525) de menos de aproximadamente 85ºC(185ºF), para que pueda encerrarse o unirse más fácilmente al sustrato 22 a una temperatura relativamente baja o moderada. Un material preferido para su uso en las partículas 24 es el polímero "PETG", tal como, por ejemplo, se vende bajo el nombre comercial EASTAR PETG COPOLYESTER 6763 de EASTMAN CHEMICAL CO, que tiene un punto de reblandecimiento Vicat de aproximadamente 85ºC(185ºF). Dicho material tiene una buena resistencia a los cortes y a la trituración y además tiene un punto de reblandecimiento relativamente moderado para que se pueda encerrar más fácilmente en el sustrato 22 mediante calor y/o presión, sin carbonizar o quemar el sustrato. Asimismo, el polímero PETG es menos hidrófobo que muchos otros termoplásticos y la lámina 20 mantiene así una buena absorbencia global. Otro material preferido para su uso en las partículas 24 es poliestireno.
Como se ha indicado anteriormente, las partículas 24 podrían también comprender materiales poliméricos compuestos. Por ejemplo, para conformar las partículas 24 se pueden proporcionar también cargas inorgánicas duras, junto con uno o más polímeros, con el fin de reducir el coste de las partículas 24 y/o cambiar la tenacidad, densidad, resistencia a los cortes, color u otra propiedad de las partículas. Las cargas adecuadas incluyen, por ejemplo, CaCO_{3}, talco y mica. No obstante, aunque se pueden utilizar materiales en forma de partículas y cargas para conformar las partículas 24, se prefiere que el sustrato absorbente 22 esté prácticamente exento de carga libre inorgánica en forma de partículas. En la presente memoria, la expresión "carga libre en forma de partículas" se refiere a partículas inorgánicas que no están unidas al sustrato absorbente 22 y que simplemente residen de forma libre dentro del sustrato absorbente. Tal material se puede liberar de la lámina 20 durante las operaciones de corte y mezclar con los artículos alimenticios que se estén preparando, lo que podría hacer que el alimento adquiera un aspecto no deseable y/o resulte inadecuado para su consumo. También es preferible que el sustrato absorbente 22 esté prácticamente exento de carga orgánica libre en forma de partículas que no sea adecuada para entrar en contacto con artículos alimenticios. Carga orgánica libre en forma de partículas no se refiere al material del sustrato absorbente, tal como fibras celulósicas y similares, según se describe en la presente memoria. La expresión "prácticamente exento" significa una cantidad que no es superior a aquella que sería segura para que el sustrato absorbente se utilice en la preparación de alimentos o menor que la cantidad en la que la carga en forma de partículas liberada durante la preparación de alimentos sea perceptible mediante inspección visual o táctil del sustrato absorbente, los artículos alimenticios o ambos. Inspección táctil significa inspección sensorial táctil mediante la mano o, con respecto a los artículos alimenticios, con la boca. Preferiblemente se añade 0% de dicha carga libre en forma de partículas al sustrato. Sin embargo, si se añade la carga libre en forma de partículas, el nivel debería ser preferiblemente de no más de aproximadamente 10%, más preferiblemente no más de aproximadamente 5%, más preferiblemente no más de aproximadamente 2%, más preferiblemente no más de aproximadamente 1%, más preferiblemente no más de aproximadamente 0,5% y con máxima preferencia no más de aproximadamente 0,1%, en peso de la lámina seca. No obstante lo anterior, la lámina de la presente invención puede estar prácticamente exenta de carga libre en forma de partículas cuando contiene material en forma de partículas no unido, pero el material en forma de partículas no se libera cuando la lámina absorbente se utiliza según está previsto (es decir, colocando un artículo alimenticio en un lado de la lámina prevista para ser usada para cortar y cortando el artículo alimenticio mientras está en este lado de la lámina). Así, la lámina puede estar prácticamente exenta de carga en forma de partículas cuando contiene material en forma de partículas no unido que se coloca o configura de tal manera que no se libera, o apenas se libera, de la superficie de corte durante el corte. En particular, se prefiere que al menos la superficie de corte del material en forma de lámina sea resistente a la trituración y presente una pérdida por abrasión en húmedo (según el ensayo descrito a continuación) de menos de aproximadamente 400 mg por 100 revoluciones y, más preferiblemente, menos de aproximadamente 300 mg por 100 revoluciones. Además, también se prefiere que la superficie de corte del material en forma de lámina presente una pérdida por abrasión en seco (según el ensayo descrito a continuación) de menos de aproximadamente 300 mg por 100 revoluciones y, más preferiblemente, menos de aproximadamente 200 mg por 100 revoluciones.
Gracias al material o materiales absorbentes utilizados en el sustrato 22, el material en forma de lámina 20 puede absorber y secuestrar los fluidos depositados en las superficies 26 y 28. Además, mucha de la absorbencia del sustrato 22 se conserva gracias a que se utilizan preferiblemente partículas de polímero 24 relativamente grandes en lugar de fibras poliméricas más pequeñas que pueden recubrir los materiales del sustrato 22 durante la formación de la lámina final. En otras palabras, las partículas de polímero 24 no cubren o rodean completamente los materiales del sustrato 22 y, por tanto, no enmascaran significativamente sus propiedades de absorción. Por tanto, se puede proporcionar más polímero 24 a la lámina 20 sin afectar significativamente a la absorbencia de la lámina. Por el contrario, se ha descubierto que la misma cantidad de fibra polimérica pequeña se dispersa completamente a través de la estructura y alrededor del material del sustrato 20 y encierra mucha de su absorbencia.
A este respecto, se prefiere proporcionar las partículas poliméricas 24 en cantidades de hasta aproximadamente 50 por ciento en peso de la lámina 20. Más preferiblemente, las partículas 24 se proporcionan en cantidades de entre aproximadamente 10 por ciento y aproximadamente 40 por ciento en peso y, con máxima preferencia, en una cantidad de aproximadamente 30 por ciento en peso. También se prefiere proporcionar el material absorbente de la lámina 20 en cantidades de al menos 50 por ciento en peso, con el fin de proporcionar buena absorbencia. Las partículas 24 son preferiblemente no fibrosas y el tamaño promedio de las partículas utilizadas es de preferiblemente al menos aproximadamente 100 micrómetros. Se debe considerar que aunque algunas partículas pueden tener tamaños de menos de 100 micrómetros, el tamaño promedio de todas las partículas utilizadas es preferiblemente de al menos aproximadamente 100 micrómetros. Más preferiblemente, el tamaño promedio de las partículas es de aproximadamente 100 a 1.000 micrómetros y, con máxima preferencia, de 200 micrómetros a 500 micrómetros.
Además, las partículas de polímero 24 se distribuyen preferiblemente de forma aleatoria y extensa a través de toda la lámina 20 para proporcionar buena resistencia a los cortes y resistencia a la trituración a la lámina. Tal dispersión proporciona una gran probabilidad de que un utensilio de corte que entre en contacto con una de las superficies 26 ó 28 haga contacto con una o más de las partículas duras 24, reduciéndose así el riesgo de que el sustrato absorbente 22 se corte o triture en respuesta a la fuerza del utensilio de corte. Las partículas 24 que se encuentran debajo de la superficie de corte 26 ó 28 también pueden facilitar que se minimice el corte y/o trituración del sustrato absorbente 22. Las partículas de polímero 24 se colocan preferiblemente en áreas bastante diferenciadas de la estructura para así permitir que áreas más grandes del sustrato absorbente 20 estén expuestas en las superficies 26 y 28 a absorber líquidos.
El material en forma de lámina 20 tiene preferiblemente un peso por unidad de superficie relativamente alto. Por ejemplo, se prefieren pesos básicos de al menos 1,59 Pa (163 g/m^{2} [100 libras por 3.000 pies^{2}]) para proporcionar una resistencia a los cortes y absorbencia adecuadas. Más preferiblemente, el peso por unidad de superficie del material en forma de lámina 20 es de al menos 2,63 Pa (268 g/m^{2} [165 libras por 3.000 pies^{2}]) y, con máxima preferencia, el peso por unidad de superficie del material en forma de lámina es de al menos 4,79 Pa (488 g/m^{2} [300 libras por 3.000 pies^{2}]). Además, el material en forma de lámina 20 tiene preferiblemente un espesor t de entre aproximadamente 250 micrómetros (0,01 pulgadas) y aproximadamente 1.270 micrómetros (0,05 pulgadas) con el fin de proporcionar una resistencia a los cortes y absorbencia adecuadas. Si se utilizan procesos y maquinaria de elaboración de papel para producir la lámina 20, se pueden modificar los parámetros de fabricación, tales como velocidad de aplicación del material, velocidad de hilo, cantidad y duración de presión aplicada, etc, para manipular el peso por unidad de superficie y el espesor de la lámina 20 resultante.
Como se muestra en las Figs. 3-7 y 12, el material en forma de lámina 20 densificado se puede combinar con una o más capas similares o diferentes para producir una estructura laminar 21 que tiene las ventajas de las diversas capas. Por ejemplo, como se muestra en la Fig. 3, el material en forma de lámina 20 se puede unir a una capa de respaldo 30 para crear una lámina 21 multicapa. La capa de respaldo 30 puede estar conformada a partir de cualquier material o materiales adecuados para ser unidos como una capa o recubrimiento a la lámina 20. Los materiales adecuados incluyen películas poliméricas, resinas termoplásticas, recubrimientos de tipo arcilla, cartones u hojas metálicas. La capa de respaldo 30 puede comprender una capa integral de material o una estructura estratificada que tiene múltiples capas de la misma o diferente composición. La capa de respaldo 30 también puede tener un alto coeficiente de fricción con el fin de proporcionar resistencia al deslizamiento, o una superficie antideslizante, a la estructura en forma de lámina 21. Para proporcionar resistencia al deslizamiento, la capa de respaldo 30 tiene preferiblemente un coeficiente estático de fricción de al menos aproximadamente 0,4 y, más preferiblemente, un coeficiente de fricción de al menos 1 con respecto a la superficie de apoyo (p. ej., encimera) para proporcionar un ángulo de deslizamiento correspondiente de aproximadamente 45 grados. Además, la capa de respaldo 30 es preferiblemente impermeable a los fluidos para resistir el escape de fluidos de la lámina 20 y evitar así la contaminación de la encimera durante el uso.
La capa 30 puede estar unida o estratificada al material en forma de lámina 20, extruida o termoconformada sobre la lámina 20 o pintada, pulverizada, adherida, recubierta, prensada en caliente o aplicada de otra forma a la lámina 20. Por ejemplo, para aplicar una capa, tal como la capa de respaldo 30, a la lámina 20 resistente a los cortes y absorbente, se puede utilizar un sistema de prensa de banda en caliente. Además de resultar útil para aplicar la capa adicional 30 a la lámina 20, dicho sistema de prensa de banda en caliente también puede ser útil para densificar la lámina 20 y aumentar su resistencia a los cortes y resistencia a la trituración y/o hacer que las partículas de polímero de la lámina 20 se unan y/o encierren parcialmente alrededor del material absorbente de la lámina.
Un ejemplo de una realización de un sistema de prensa de banda en caliente 91 se ilustra en la Fig. 14. Como muestra esta figura, se puede alimentar una lámina 20 sin densificar desde una bobina o rodillo 72A y la capa de respaldo 30 se puede alimentar desde una bobina 72B. El papel protector del adhesivo 90 se puede alimentar desde las bobinas 72C y 72D para cubrir las superficies orientadas hacia el exterior de la lámina 20 y la capa 30 y evitar que la lámina y la capa se peguen a la prensa caliente 91. Las cuatro capas (90, 20, 30 y 90) se alimentan conjuntamente a través de la prensa caliente 91 para unir o estratificar la lámina 20 con la capa de respaldo 30 y también densificar la lámina 20, encerrando las partículas de polímero en la lámina. La prensa caliente 91 incluye un par de rodillos calientes 92A y 92B que mueven una cinta de acero 94A y transfieren calor a la misma. Asimismo, los rodillos calientes 92C y 92D mueven y calientan la cinta de acero 94B. Las cuatro capas se calientan y prensan entre las dos cintas 94A y 94B y se mueven entre ellas para conformar el material laminar 21, que se puede recoger en una bobina 72E. Los papeles protectores del adhesivo 90 se pueden rebobinar sobre rodillos de rebobinado 93A y 93B.
Se debe entender que, aunque la capa de respaldo 30 se utilice en las aplicaciones ilustrativas que se muestran en las Figs. 3, 4 y 14, no es necesario incluir la capa de respaldo. En particular, el material en forma de lámina 20 se puede densificar por sí solo utilizando el sistema de la Fig. 14 y, a continuación, usar como una lámina densificada que no tiene capa de respaldo. En cambio, aunque las realizaciones de las Figs. 1-2, 5-8 y 11-12 se muestran sin una capa de respaldo 30 impermeable a los líquidos, se debe entender que cualquiera de estas realizaciones se podría proporcionar con dicha capa para aumentar la resistencia al deslizamiento y/o resistencia al escape de fluidos de los materiales en forma de lámina 20.
Como se muestra en la realización de la Fig. 4, además, o como alternativas a la capa de respaldo 30, se pueden proporcionar otras capas también para mejorar las propiedades de la lámina 20 o para añadir características a la misma. Por ejemplo, se puede estratificar, recubrir, unir, flocar o aplicar de otro modo una capa superior 34 sobre la primera superficie 26 de la lámina 20 para crear una estructura de lámina de múltiples capas 21. La capa superior 34 puede comprender un tensioactivo para aumentar el índice de absorción de fluido de la lámina 20. El uso de dicho tensioactivo puede permitir cantidades superiores de polímero 24 en la lámina 20 sin sacrificar la absorbencia. De forma alternativa, la capa 34 podría comprender una capa de tratamiento para reducir el triturado del producto. Se podría utilizar almidón, poli(alcohol vinílico) u otro apresto con este fin. La capa 34 podría también comprender una aplicación de tensioactivo, agente antibacteriano, agente desodorante o recubrimiento de arcilla. Para cambiar el aspecto visual de la estructura laminar 21 o de la lámina 21, se podría aplicar un patrón, diseño o marcas distintivas a la misma. Por ejemplo, se puede aplicar un patrón en relieve, impreso, prensado o de otra forma a una superficie exterior 26 de la lámina 20 (si se utiliza sin capas adicionales) o a las superficies exteriores de cualquier capa (p. ej., capas 30 ó 34) que pueda haberse aplicado a la lámina 20.
Como muestra la Fig. 4, se puede proporcionar una capa absorbente 32 entre la capa de respaldo 30 y el material en forma de lámina 20. La capa absorbente puede estar conformada a partir de cualquier material o materiales adecuados para absorber y/o contener los fluidos de interés. Por ejemplo, se podrían utilizar fibras naturales y/o sintéticas, espumas absorbentes, materiales gelificantes absorbentes, hidrogeles, pelusa de papel y otras materiales. Debido a que dicha capa absorbente 32 adicional puede absorber y secuestrar los fluidos del material en forma de lámina 20, se puede hacer que la lámina 20 sea menos absorbente y más resistente a los cortes y a la trituración aumentando el porcentaje en peso de partículas 24 de la lámina. Además, los jugos producidos por el artículo colocado sobre la capa superior 34 pueden ser atraídos por la capa absorbente 32, separándose así el artículo de los jugos.
Asimismo, los materiales en forma de láminas 20 tales como los de la Fig. 1 se pueden estratificar, unir o adherir de otro modo a materiales en forma de lámina 20 similares. Tal configuración de laminar dos materiales en forma de lámina 20' y 20'' para conformar un lámina 21 de capas múltiples se muestra en la Fig. 5. La lámina de capas 21 resultante puede tener mayor resistencia a los cortes en comparación con los materiales en forma de lámina 20' y 20'' por sí mismos. En esta realización, las partículas 24 resistentes a los cortes de la lámina 20' están distribuidas de forma menos densa que las partículas 24 resistentes a los cortes de la lámina 20''. Así, la lámina inferior 20' puede proporcionar más absorbencia que la lámina superior 20'' y la lámina superior 20'' puede proporcionar más resistencia a los cortes y resistencia a la trituración que la lámina inferior 20'.
La Fig. 6 ilustra otra realización de la lámina de capas 21, en donde el material en forma de lámina 20 se combina con una capa absorbente 32. La capa absorbente 32 puede comprender cualquier material absorbente adecuado, tal como los materiales absorbentes mencionados anteriormente, por ejemplo. Al proporcionar la capa absorbente 32 junto con el material en forma de lámina 20, la resistencia a los cortes y resistencia a la trituración del material en forma de lámina 20 se puede aumentar aumentando el porcentaje en peso de las partículas 24 de la lámina. Por ejemplo, las partículas 24 pueden comprender material de tipo polímero o de tipo polímero compuesto y se pueden proporcionar en una cantidad de aproximadamente 50 por ciento en peso del material en forma de lámina 20. El sacrificio resultante en cuanto a la absorbencia del material en forma de lámina 20 se compensa significativamente mediante la adición de la capa absorbente 32. En particular, se puede utilizar la capa absorbente 32 para apartar los fluidos de la superficie 26 del material en forma de lámina 20 sobre el que se hayan colocado los artículos alimenticios para su corte. Por tanto, la estructura de lámina de capas múltiples 21 puede presentar alta resistencia a los cortes y alta
absorbencia.
La Fig. 7 ilustra otra realización de una estructura de múltiples capas 21 que utiliza un material en forma de lámina 20 elaborado según la presente invención. En esta realización ilustrativa, la capa de respaldo 31 resistente a los cortes está estratificada, unida, revestida o aplicada de otro modo al material en forma de lámina 20 para conformar la estructura 21. La capa de respaldo 31 puede comprender un material resistente a los cortes, tal como un material polimérico. Debido a que el material en forma de lámina 20 se combina con la capa 31 resistente a los cortes, el porcentaje en peso de las partículas de polímero 24 del material en forma de lámina 20 se puede reducir para así aumentar la absorbencia del material en forma de lámina 20. Por ejemplo, se pueden proporcionar partículas de polímero 24 en una cantidad de aproximadamente 10 por ciento en peso de la estructura de lámina 20. La reducción resultante en cuanto a la resistencia a los cortes del material en forma de lámina 20 se compensa significativamente mediante la capa de respaldo 31 resistente a los cortes. Además de ser resistente a los cortes, la capa de respaldo 31 es también preferiblemente resistente al deslizamiento e impermeable a los fluidos.
La Fig. 8 ilustra una realización de un material en forma de lámina 20, donde las partículas 24 resistentes a los cortes se proporcionan en una pluralidad de densidades. En particular, se proporcionan partículas 24' de menor tamaño y menos densas además de partículas 24'' más grandes y más densas. El peso total de la combinación de estas partículas 24' y 24'' es preferiblemente de aproximadamente 10 por ciento a aproximadamente 50 por ciento del peso total del material en forma de lámina 20. Debido a que las partículas 24'' son más densas que el sustrato 22, tienden a gravitar hacia la primera superficie 28 del material en forma de lámina 20 durante la formación del mismo. Asimismo, debido que las partículas 24' son menos densas que el sustrato 22, tienden a conformarse cerca de la segunda superficie 26 del material en forma de lámina 20 durante la formación del mismo. Por tanto, el material en forma de lámina 20 puede presentar una tasa de absorbencia mayor cuando el fluido se proporciona en la segunda superficie 26 que cuando el fluido se proporciona en la primera superficie 28. Sin embargo, la primera superficie 28 puede presentar una mayor resistencia a los cortes que la superficie 26. Así, la primera superficie 28 se puede utilizar para preparar artículos alimenticios, mientras que la segunda superficie 26 se puede colocar sobre una superficie de apoyo, tal como una encimera de cocina.
En la Fig. 11 se ilustra otra variación de dicha realización. En esta realización, las partículas están distribuidas en un gradiente a través del espesor t de la lámina 20. Existen más partículas 24 colocadas cerca de la superficie 28 que cerca de la superficie 26. Esto se puede conseguir mediante diversas formas en el proceso de formación, tales como, por ejemplo, utilizando partículas 24 que sean más densas que el absorbente 22. Así, la absorbencia y la resistencia a los cortes varía a través del espesor t de la lámina 20.
Las Figs. 9 y 10 ilustran equipos y procesos ilustrativos para producir la lámina 20 según los principios de la presente invención. En el ejemplo de la Fig. 9, se fabrica un material en forma de lámina 20 no densificado utilizando equipos 51 para elaborar papel y, posteriormente, se lleva a cabo un proceso de densificación para encerrar mejor las partículas de polímero en el material en forma de lámina y producir un material en forma de lámina 20' densificado que tiene mayor resistencia a los cortes y a la trituración. En particular, en la Fig. 9, se suministran fibras de celulosa en solución a partir de una caja 50 y se suministran partículas de polímero en solución a partir de una caja 52. Los materiales recorren rampas 54 y 56 y una cámara de mezclado 58 donde los materiales se combinan con agua para formar una dispersión acuosa. La cámara de mezclado 58 incluye un agitador 60 que facilita el proceso de mezclado.
La suspensión acuosa se alimenta después desde la cámara de mezclado y a través de un recipiente distribuidor 62 desde el que se alimenta a una banda transportadora 64 o tamiz donde forma una lámina 20 húmeda. Las partículas de polímero son lo suficientemente grandes para que se impida que caigan a través de la banda transportadora 64. Sin embargo, el agua de la lámina puede caer a través de la banda transportadora 64 y comienza a secar. Se puede conseguir un secado adicional alimentando la lámina a través de rodillos de prensado 66 que eliminan mecánicamente el agua de la lámina o a través de un vacío que succiona el agua de la lámina. La lámina 20 se puede apoyar sobre un fieltro de lana cuando se mueve a través de los rodillos de prensado 66. A continuación, los rodillos secadores 68 pueden aplicar calor a la lámina 20 sin densificar para conseguir un mayor secado por evaporación. En el proceso de densificación posterior, se prefiere que los rodillos 70 apliquen calor y/o presión adicional para hacer que las partículas de polímero fluyan y se encierren así aún más en la lámina. Por ejemplo, los rodillos 70 podrían comprender una serie de rodillos, tales como una pila de calandras, para encerrar las partículas en la lámina. Como se ha descrito anteriormente en la Fig. 14, también se podría utilizar una prensa de banda en caliente para el proceso de densificación. La lámina 20' seca y densificada resultante se puede enrollar, a continuación, en una bobina 72.
La Fig. 10 ilustra equipos de deposición por aire que también se pueden utilizar para producir la lámina 20 según los principios de la presente invención. En este ejemplo, las fibras de celulosa y las partículas de polímero se proporcionan a través de una tolva 82 desde donde se llevan a través de una rampa 84 a un tambor de deposición por aire 86. En el tambor 86, las fibras de celulosa y las partículas de polímero se mezclan y combinan completamente. La mezcla se alimenta después a través de una cámara de distribución por aire 88 y se conforma sobre una cinta 80. En un proceso posterior, se pueden utilizar rodillos 70 para aplicar calor y/o presión a la lámina 20 conformada para permitir que las partículas de polímero fluyan y se encierren en la lámina. A continuación, se puede utilizar una bobina 72 para enrollar el material en forma de lámina 20.
La Fig. 12 ilustra otra lámina de capas 21 alternativa elaborada según los principios de la presente invención. En esta realización, la lámina de capas 21 comprende una capa superior 36, una capa inferior 37 y un material en forma de lámina 20 absorbente y resistente a los cortes. Como se ha descrito anteriormente, el material en forma de lámina 20 incluye un sustrato absorbente 22 y partículas poliméricas 24 resistentes a los cortes. El sustrato 22 y las partículas 24 pueden estar elaborados a partir de uno o más de los materiales ilustrativos descritos anteriormente. Por ejemplo, el sustrato 22 comprende preferiblemente material celulósico y las partículas 24 comprenden preferiblemente material polimérico. Además, como se ha indicado anteriormente, las partículas tienen un tamaño promedio de al menos aproximadamente 100 micrómetros y el sustrato absorbente 22 está prácticamente exento de cualquier carga inorgánica y se suministra en una cantidad de al menos 50 por ciento en peso de la lámina 20. El peso por unidad de superficie de la lámina 20 es preferiblemente al 1,59 Pa (163 g/m^{2} [100 libras por 3.000 pies^{2}]) y, más preferiblemente, aproximadamente 3,98 Pa (406 g/m^{2} [250 libras por 3.000 pies^{2}]).
La capa superior 36 y la capa inferior 37 están preferiblemente exentas de partículas poliméricas y pueden estar elaboradas a partir de cualquier material capaz de cubrir prácticamente las superficies 26 y 28 de la lámina 20 para evitar así que las partículas 24 se liberen de la lámina 20 durante la fabricación. Por ejemplo, la capa superior 36 y la capa inferior 37 pueden estar hechas de papel, cartón, materiales de tipo papel o materiales no tejidos. Se ha comprobado que cuando las partículas 24 se separan o liberan durante la fabricación de una lámina 20, se pueden adherir o fundir sobre diversas partes de los equipos de fabricación. Por tanto, es deseable proporcionar uno o más componentes que ayuden a retener las partículas 24. La estructura laminar 21 de la Fig. 12 es una configuración preferida para retener las partículas 24 dentro de la lámina 20. Se pueden utilizar otros métodos y/o componentes además, o como alternativa, del uso de las capas 36 y 37. Por ejemplo, además de proporcionar las capas 36 y 37, o como alternativa, se podría incluir un agente o coadyuvante de retención dentro de la lámina 20 para facilitar aún más que las partículas 24 se encierren dentro de la lámina 20. Además de ser útiles para la función de retención durante la fabricación de la lámina 20, las capas 36 y 37 podrían mejorar otras propiedades de la lámina, tales como el aspecto y las propiedades de rendimiento, por ejemplo, una vez fabricada la lámina.
Las capas 36 y 37 se unen o estratifican al material en forma de lámina 20, se extruyen o termoconforman sobre la lámina 20 o se imprimen, pulverizan, adhieren, recubren, prensan o aplican de otro modo sobre la lámina 20. Además, cada una de las capas 36 y 37 puede comprender una capa integral de material o una estructura estratificada que tiene múltiples capas de la misma o de diferente composición.
La Fig. 13 ilustra un método potencial para fabricar la estructura laminar 21 de la Fig. 12 utilizando equipos 51 convencionales para la fabricación de papel, tales como equipos que fabrican papel o cartón, por ejemplo. En este ejemplo, se administra de forma continua fibras de celulosa en solución a través de un recipiente distribuidor 162 al tamiz o malla de tela metálica 64 para conformar la capa inferior 37. A continuación, según avanza la capa 37 por la tela metálica 64, se administra de forma continua una suspensión acuosa de partículas de celulosa y polímero a través del recipiente distribuidor 164 sobre la parte superior de la capa 37 para conformar la capa 20. Finalmente, según avanzan las capas 37 y 20 a lo largo de la malla metálica 64, se administran fibras de celulosa en solución de forma continua sobre la parte superior de la capa 20 para conformar la capa superior 36. La estructura laminar 21 no densificada se puede hacer pasar por uno o más rodillos de secado 58 para completar el secado de la
estructura.
En un proceso de densificación posterior, las tres capas 36, 20 y 37 que componen la estructura 21 se pueden unir, prensar o estratificar entre sí para formar una estructura laminar 21' densificada. Por ejemplo, se puede proporcionar una pluralidad de rodillos calientes 66 y 66', tal como se utilizan en una pila de calandras. La estructura 21 se puede prensar y calentar entre los rodillos 66 y 66' para hacer que las partículas de polímero se encierren en la estructura y para formar la estructura 21' densificada que se puede después recoger en una bobina 72.
Preferiblemente, cada una de las capas superior e inferior 36 y 37 es significativamente más fina que la lámina 20 y tiene un peso por unidad de superficie significativamente menor que la lámina 20. Por ejemplo, cada una de las capas 36 y 37 se puede proporcionar con un peso por unidad de superficie de aproximadamente 0,56 Pa (57 g/m^{2} [35 libras por 3.000 pies^{2}])y la lámina 20 se puede proporcionar con un peso por unidad de superficie de aproximadamente 3,98 Pa (406 g/m^{2} [250 libras por 3.000 pies^{2}]). Preferiblemente, cada una de las capas 36 y 37 aporta de aproximadamente 10 a 25 por ciento del peso por unidad de superficie de la estructura laminar resultante, aportando la capa del medio de aproximadamente 50 a 80 por ciento del peso por unidad de superficie.
Como alternativa al uso de las capas 37 y 36 para retener las partículas 24 dentro de la lámina 20, se puede elegir que el equipo de fabricación se acomode a las partículas que pueden adherirse al equipo. Por ejemplo, el equipo puede estar provisto de cuchillas, tales como cuchillas limpiadoras, que raspen periódicamente el material de los rodillos o de otros componentes. Además, los componentes tales como los rodillos secadores, por ejemplo, pueden estar recubiertos con un acabado antiadherente tal como Teflon, por ejemplo, para evitar la acumulación de material. Como otra alternativa, el equipo puede utilizar dispositivos de flotación por aire para evitar que la lámina 20 entre en contacto con los componentes. El procesado del material en forma de lámina 20 con menos calor también puede evitar que las partículas de polímero 24 se fundan o adhieran al equipo.
Ejemplos
Los materiales en forma de lámina elaborados según la presente invención se ilustrarán de forma adicional mediante los siguientes ejemplos. En cada ejemplo, el tipo, tamaño y cantidad de partículas de polímero indicados se mezcla con el tipo y la cantidad de materiales de celulosa indicados. La mezcla se combina suficientemente con agua para proporcionar una distribución aleatoria y básicamente extensa de las partículas y las fibras de papel. La dispersión acuosa se aplica a un tamiz de tela metálica para permitir que el agua escurra a través del mismo dejando una placa húmeda de papel y partículas de polímero en la parte superior del tamiz. A continuación, se seca la placa para eliminar la humedad restante. Una vez secadas, las fibras de celulosa se unen entre sí, como se conoce en la técnica. La lámina no densificada resultante se somete a continuación a la temperatura y presión indicadas en una prensa de placa caliente durante el tiempo indicado para que el polímero pueda fluir ligeramente y se una con mayor seguridad al sustrato de celulosa y para densificar la estructura para conseguir mayor resistencia a los cortes y a la
trituración.
1
Además de la pelusa de SSK que se muestra en los ejemplos, se podrían utilizar otros materiales de papel adecuados, incluyendo pelusa de NSK, eucalipto, pasta químico-termo-mecánica (CTMP) y pasta termo-mecánica (TMP), por ejemplo. Asimismo, se puede añadir una o más capas a la estructura en forma de lámina para mejorar su rendimiento o proporcionar otras propiedades. Por ejemplo, se puede aplicar una capa de respaldo al material en forma de lámina para que resista el escape de fluido y proporcione una superficie resistente al deslizamiento. Se pueden añadir tintes al papel, al polímero o a la mezcla de los mismos para hacer que la lámina resultante tenga un aspecto más atractivo. Por ejemplo, el teñido del papel o del polímero puede producir un aspecto marmóreo. También se pueden utilizar aditivos para mejorar la dispersión de las partículas de polímero a través del papel. Por ejemplo, se podría añadir tensioactivo, coadyuvantes de la retención, coadyuvantes del drenaje, agentes para controlar las acumulaciones y similares. Como se ha indicado anteriormente, también podría añadirse a la mezcla otros aditivos, tales como sustancias antibacterianas y desodorantes, por ejemplo. Sin embargo, preferiblemente se evita el uso de fibra y partículas de carga sueltas tales como partículas inorgánicas, por ejemplo, puesto que tales cargas podrían triturarse durante el uso de la lámina y entrar en contacto con el alimento que se esté preparando y limitar la absorbencia. No obstante, el uso de cargas en las partículas de polímero por sí no debería presentar este problema. Además de la producción a mano, se podría utilizar una prensa de banda continua para densificar el material en forma de lámina.
Asimismo, la lámina acabada puede recibir tipos de tratamiento adicionales después de ser conformada. Por ejemplo, la lámina podría llevar un diseño en relieve o impreso para hacer que la lámina sea más atractiva visualmente. Además, la lámina se puede combinar con materiales adicionales para mejorar su resistencia a la trituración, si se desea, y cortar al tamaño y forma deseados.
Ejemplos adicionales
Las siguientes muestras numeradas describen material en forma de láminas ilustrativo. En particular, las muestras 1-3 y 5-6 describen material absorbente en forma de láminas de la invención que tiene partículas resistentes a los cortes. Todos los ejemplos utilizan 0,75% en peso de papel seco de Kymene 557LX, un agente de resistencia en húmedo fabricado por Hercules, Inc.
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Muestra 1
Se desfibrila papel kraft de madera de coníferas del sur (SSK) y madera seca de eucalipto (Euc) en agua para producir una suspensión acuosa. La fibra de papel se mezcla en una proporción de aproximadamente 75% de SSK por 25% de Euc. Se añade a la suspensión acuosa partículas de PETG 6763 (de Eastman Chemical) trituradas criogénicamente en un molino pulverizador hasta un tamaño de partículas promedio de aproximadamente 300 micrómetros. Las partículas se añaden a aproximadamente 30% en peso de la masa total (papel+partículas). La mezcla se hace pasar por una máquina de papel para producir cartón corrugado de tipo Fourdrinier para producir rollos de papel sin densificar con un peso por unidad de superficie de aproximadamente 5,09 Pa (520 g/m^{2} [320 libras/3.000 pies^{2}]). El papel se corta seguidamente en láminas y se somete a un proceso de densificación para mejorar la resistencia a los cortes y la resistencia a la trituración del papel base. Durante este proceso de densificación, las láminas se prensan en una prensa de placa caliente a 193ºC(380ºF) y 3,03 MPa (440 psi) durante 25 segundos.
Muestra 2
Se desfibrila leña seca de SSK en agua para producir una suspensión acuosa A. Se desfibrila leña seca de SSK y eucalipto en agua para producir una suspensión acuosa B. La fibra de papel de la suspensión acuosa B se mezcla en una proporción de aproximadamente 75% de SSK por 25% Euc. Se añade a la suspensión acuosa B partículas de PETG 6763 (de Eastman Chemical) trituradas criogénicamente en un molino pulverizador hasta un tamaño de partículas promedio de aproximadamente 300 micrómetros. El material en forma de partículas se añade a la suspensión acuosa B a aproximadamente 38% en peso de la masa total (papel+partículas). Se produce un producto de tres capas con la capa superior y la capa inferior elaboradas a partir de la suspensión acuosa A y la capa del medio elaborada a partir de la suspensión acuosa B cargada con partículas. Se producen rollos de papel de tres capas sin densificar con un peso por unidad de superficie total de aproximadamente 5,09 Pa (520 g/m^{2} [320 libras/3.000 pies^{2}]), donde cada una de las capas superior e inferior tienen un peso por unidad de superficie de aproximadamente 0,56 Pa (57 g/m^{2} [35 libras/3.000 pies^{2}]). La concentración de polímero total de la lámina es de aproximadamente 30% (en peso). El papel se corta seguidamente en láminas y se somete a un proceso de densificación para mejorar la resistencia a los cortes y la resistencia a la trituración del papel base, en donde las láminas se prensan en una prensa de placa caliente a 193ºC(380ºF) y 3,03 MPa (440 psi) durante 25 segundos.
Muestra 3
Se desfibrila SSK y madera seca de eucalipto en agua para producir una suspensión acuosa. La fibra de papel se mezcla en una proporción de aproximadamente 75% SSK por 25% de Euc. Se añade a la suspensión acuosa partículas de PETG 6763 (de Eastman Chemical) trituradas criogénicamente en un molino pulverizador hasta un tamaño de partículas promedio de aproximadamente 220 micrómetros. El material en forma de partículas se añade a aproximadamente 30% en peso de la masa total (papel+partículas). La mezcla se hace pasar entonces por una máquina de papel para producir cartón corrugado de tipo Fourdrinier para producir rollos de papel sin densificar con un peso por unidad de superficie de aproximadamente 5,09 Pa (520 g/m^{2} [320 libras/3.000 pies^{2}]). Durante un proceso posterior de densificación, las láminas se prensan en una prensa de placa caliente a aproximadamente 193ºC(380ºF) y 3,03 MPa (440 psi) durante aproximadamente 25 segundos.
Muestra 4: (muestra de control)
Se desfibrila papel kraft de madera coníferas del sur (SSK) y madera seca de eucalipto en agua para producir una suspensión acuosa. La fibra de papel se mezcla en una proporción de aproximadamente 75% de SSK por 25% de Euc. La mezcla se hace pasar por una máquina de papel para producir cartón corrugado de tipo Fourdrinier para producir rollos de papel sin densificar con un peso por unidad de superficie de aproximadamente 5,09 Pa (520 g/m^{2} [320 libras/3.000 pies^{2}]). El papel se corta seguidamente en láminas y se somete a un proceso de densificación, en donde las láminas se prensan en una prensa de placa caliente a 193ºC(380ºF) y 3,03 MPa (440 psi) durante aproximadamente 25 segundos.
Muestra 5
Se desfibrila papel kraft de madera de coníferas del sur (SSK) y madera seca de eucalipto en agua para producir una suspensión acuosa. La fibra de papel se mezcla en una proporción de aproximadamente 75% de SSK por 25% de Euc. Se añade a la suspensión acuosa partículas de PETG 6763 (de Eastman Chemical) trituradas criogénicamente en un molino pulverizador hasta un tamaño de partículas promedio de aproximadamente 300 micrómetros. El material en forma de partículas se añade a aproximadamente 30% en peso de la masa total (papel+partículas). La mezcla se hace pasar por una máquina de papel para producir cartón corrugado de tipo Fourdrinier para producir rollos de papel sin densificar con un peso por unidad de superficie de 3,19 Pa (325 g/m^{2} [200 libras/3.000 pies^{2}]). El papel se corta seguidamente en láminas y se somete a un proceso de densificación para mejorar la resistencia a los cortes y la resistencia a la trituración del papel base. Las láminas se prensan en una prensa de placa caliente a 193ºC(380ºF) y 3,03 MPa (440 psi) durante 25 segundos.
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Muestra 6
Se desfibrila SSK y madera seca de eucalipto en agua para producir una suspensión acuosa. La fibra de papel se mezcla en una proporción de aproximadamente 75% de SSK por 25% de Euc. Se añade a la suspensión acuosa partículas de PETG 6763 (de Eastman Chemical) trituradas criogénicamente en un molino pulverizador hasta un tamaño de partículas promedio de aproximadamente 200 micrómetros. El material en forma de partículas se añade a aproximadamente 30% en peso de la masa total (papel+partículas). La mezcla se hace pasar por una máquina de papel para producir cartón corrugado de tipo Fourdrinier para producir rollos de papel con un peso por unidad de superficie de aproximadamente 2,63 Pa (0,027 g/cm^{2} [165 libras/3.000 pies^{2}]). El papel sin densificar se corta seguidamente en láminas y se somete a un proceso de densificación para mejorar la resistencia a los cortes y la resistencia a la trituración del papel base. Las láminas se prensan en una prensa de placa caliente a aproximadamente 193ºC(380ºF) y 0,01 MPa (220 psi) durante aproximadamente 25 segundos.
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Métodos de ensayo
Los siguientes métodos de ensayo se utilizan para caracterizar las muestras 1-6:
\vskip1.000000\baselineskip
Tasa de absorbencia
1)
A 232,26 cm^{2} (36 pulgadas^{2} [6 pulgadas por 6 pulgadas]) La muestra se pesa y se coloca directamente bajo un Buret.
2)
Se administran 10 cc de agua destilada al Buret sobre la muestra.
3)
Se deja que se absorba el agua durante 30 segundos. (Si todo el agua es absorbida antes de 30 segundos, se registra el tiempo de absorción para cálculos posteriores).
4)
Tras 30 segundos, se golpea 10 veces el lateral de la muestra, para eliminar el agua no absorbida.
5)
Se pesa la muestra y se registra el peso.
6)
Se calcula la tasa de absorbencia como (peso final - peso inicial)/tiempo. Las unidades son \frac{g_{agua}}{s}.
7)
Se calcula la tasa de absorbencia neta como ((peso final - peso inicial)/tiempo)/área de la muestra. Las unidades son \frac{g_{agua}}{s\cdot cm^{2}}.
8)
Se ensayan las muestras 3-5 del mismo modo.
9)
Se anota el promedio de los valores de las muestras.
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Capacidad de absorción
1)
Se pesa una muestra de 103,22 cm^{2} (16 pulgadas^{2} [4 pulgadas por 4 pulgadas]) y se coloca en un recipiente de agua destilada, completamente sumergida.
2)
La muestra permanece completamente sumergida durante 120 segundos.
3)
Después de 120 segundos, se retira la muestra del agua y se deja secar por goteo durante 30 segundos.
4)
Transcurridos los 30 segundos de secado por goteo, la muestra se sacude 1 vez para eliminar el agua residual.
5)
Se pesa la muestra y se registra el peso.
6)
Se calcula la capacidad como (peso final - peso inicial)/área de la muestra. Las unidades son \frac{g_{agua}}{cm^{2}}
7)
Se ensayan las muestras 3-5 del mismo modo.
8)
Se anota el promedio de los valores de las muestras.
\newpage
Eficacia absorbente
1)
Se calcula la eficacia absorbente como:
Eficacia = \frac{Tasa \ de \ capacidad}{espesor} \text{*}10^{4}
Ensayo de corte (Resistencia al corte o al corte en rebanada)
El mejor aparato descrito aplica una fuerza conocida en la dirección Z (vertical) sobre una cuchilla para medir la resistencia a los cortes de una muestra. Se coloca una cuchilla en el contenedor de cuchillas. Las cuchillas utilizadas en todos los ensayos son Poultry Blades código núm. 88-0337 de Personna. La muestra de ensayo se monta sobre la plataforma de muestras. A continuación, se pone en contacto la cuchilla con la muestra. Se aplica una carga conocida a la cuchilla en dirección vertical. La plataforma de muestras se mueve a una velocidad de 20,3 cm/s (8 pulgadas por segundo) durante 10,2 cm (4 pulgadas) bajo el peso de la cuchilla que crea un corte. Se hacen cortes consecutivos con cargas crecientes hasta que la cuchilla corta completamente la muestra. Se registra la fuerza del cuchillo requerida para penetrar completamente la muestra. Se calcula la resistencia al corte como la fuerza de corte/espesor de la muestra. Se repite el ensayo en las muestras 3-5 por separado y se anotan los valores promedio.
Ensayos de trituración (pérdida por abrasión)
Los siguientes métodos de ensayo de pérdida por abrasión están adaptados de la normativa TAPPI T476om-97 y se utilizan para caracterizar la resistencia a la trituración de las muestras 1-6 descritas anteriormente.
Ensayo de pérdida por abrasión Taber (en seco)
1.
Se corta una muestra de 25,8 cm^{2} x 25,8 cm^{2} (4 pulgadas x 4 pulgadas cuadradas) con un orificio de 0,64 cm (¼ pulgadas) en el centro.
2.
Se montan las ruedas de abrasión TABER® con número de catálogo H-18 en el comprobador de abrasión TABER®. Se montan pesas de 1.000 g en los brazos paralelos del comprobador TABER®.
3.
Se pesa la muestra con tres posiciones decimales.
4.
Se monta la muestra sobre el contenedor de muestras del comprobador TABER®. Se hace descender los brazos y se arranca la plataforma giratoria. Se permiten 100 revoluciones a una velocidad de aproximadamente 7,3-7,9 rad/s (70-75 RPM).
5.
Se retira la muestra. Se golpea el lado de la muestra para eliminar las fibras sueltas de la superficie. Se pesa la muestra con tres posiciones decimales.
6.
Se calcula la pérdida por abrasión neta como (peso inicial - peso final). Las unidades son mgpérdida de material/100 revoluciones.
7.
Se realiza el ensayo en las muestras tres - cinco del mismo modo.
8.
Se anota el promedio de los valores de las muestras.
Ensayo de pérdida por abrasión Taber (en húmedo)
1.
Se corta una muestra de 25,8 cm^{2} x 25,8 cm^{2} (4 pulgadas x 4 pulgadas cuadradas) con un orificio de 0,64 cm (¼ pulgadas) en el centro.
2.
Se montan las ruedas de abrasión TABER® con número de catálogo H-18 en el comprobador de abrasión TABER®. Se montan pesas de 1.000 g en los brazos paralelos del comprobador Taber.
3.
Se pesa la muestra con tres posiciones decimales.
4.
Se remoja la muestra en agua destilada durante treinta segundos.
5.
Transcurridos 30 segundos, se retira la muestra del agua y se golpea diez veces en un lado para eliminar el agua no absorbida.
6.
Se monta la muestra en el comprobador TABER®. Se hace descender los brazos y se arranca la plataforma giratoria. Se permiten 100 revoluciones.
\newpage
7.
Se retira la muestra. Se coloca la muestra en un horno a 60ºC(140ºF) para que seque durante la noche. Se retiran las muestras al día siguiente y se dejan acondicionar al entorno original durante al menos cuatro horas.
8.
Se pesa la muestra acondicionada con tres posiciones decimales.
9.
Se calcula la unidad de abrasión neta como (peso inicial - peso final). Las unidades son mg_{pérdida \ de \ material}/100 revoluciones.
10.
Se realiza el ensayo con las muestras tres - cinco del mismo modo.
11.
Se anota el promedio de los valores de las muestras.
Los materiales en forma de lámina que tiene partículas resistentes a los cortes y han sido elaborados según la presente invención presentan alta absorbencia, alta resistencia a los cortes y baja pérdida por abrasión. La eficacia absorbente, resistencia al corte y pérdida por abrasión de las muestras 1-6 se indica en la tabla de la Fig. 15. Como ilustra la Fig. 15, los materiales en forma de lámina elaborados según los principios de la presente invención presentan preferiblemente una eficacia absorbente de al menos aproximadamente 0,2 y una resistencia al corte de al menos aproximadamente 30 kgf/cm. Se prefiere que los materiales en forma de lámina de la invención presenten una eficacia absorbente de al menos aproximadamente 0,2 y que la superficie de corte de los materiales en forma de lámina presenten una pérdida por abrasión en húmedo de menos de aproximadamente 400 mg por 100 revoluciones y, más preferiblemente, menos de aproximadamente 300 mg por 100 revoluciones. También se prefiere que los materiales en forma de lámina de la presente invención presenten una eficacia absorbente de al menos aproximadamente 0,2, una resistencia al corte de al menos aproximadamente 30 kgf/cm y una pérdida por abrasión en húmedo de menos de aproximadamente 400 mg/100 revoluciones. Aún más preferiblemente, los materiales en forma de lámina de la presente invención presentan una eficacia absorbente de al menos 1,0, una resistencia al corte de al menos 40 kgf/cm y una pérdida por abrasión en húmedo de menos de aproximadamente 400 mg por 100 revoluciones. La superficie de corte de dicho material también presenta preferiblemente una pérdida por abrasión en seco de menos de aproximadamente 300 mg por 100 revoluciones y, más preferiblemente, menos de aproximadamente 200 mg por 100 revoluciones.
Como también muestran los ejemplos de la Fig. 15, se prefiere que el material absorbente de la lámina se proporcione en cantidades de al menos 50 por ciento en peso con el fin de proporcionar buena absorbencia y que las partículas resistentes a los cortes se proporcionen en una cantidad de aproximadamente 10 por ciento a aproximadamente 50 por ciento en peso de la lámina. El material en forma de lámina tiene además preferiblemente un peso por unidad de superficie relativamente alto. Por ejemplo, se prefieren pesos de al menos 1,58 Pa (0.016 g/cm^{2} [100 libras por 3.000 pies^{2}]) para proporcionar una resistencia a los cortes y absorbencia adecuadas. Más preferiblemente, el peso por unidad de superficie del material en forma de lámina es de al menos 2,63 Pa (0.027 g/cm^{2} [165 libras por 3.000 pies^{2}]) y, con máxima preferencia, el peso por unidad de superficie del material en forma de lámina es de al menos 4,79 Pa (0.049 g/cm^{2} [300 libras por 3.000 pies^{2}]). Asimismo, el material en forma de lámina tiene preferiblemente un espesor t de aproximadamente 0,25 mm (250 micrómetros [0,01 pulgadas]) a aproximadamente 1,27 mm (1.250 micrómetros [0,05 pulgadas]) para proporcionar una resistencia a los cortes y absorbencia adecuadas. Las partículas del material en forma de láminas de la invención comprenden preferiblemente un material polimérico y tienen preferiblemente un tamaño promedio de al menos aproximadamente 100 micrómetros y, con máxima preferencia, de 200 micrómetros a 500 micrómetros.
Los ejemplos y descripciones precedentes de las realizaciones preferidas de la invención se han presentado a título ilustrativo y descriptivo únicamente. No tienen la intención de ser exhaustivos o de limitar la invención a las formas concretas descritas, sino que se pueden realizar, y se contemplan, modificaciones y variaciones a la luz de lo indicado anteriormente. Aunque se hayan descrito diversas realizaciones, sistemas, configuraciones, métodos y aplicaciones potenciales preferidos y alternativos, se debe entender que se podrían utilizar muchas variaciones y alternativas sin apartarse por ello del ámbito de la invención.
Así, se debe entender que las realizaciones y ejemplos han sido elegidos y descritos para ilustrar mejor los principios de la invención y sus aplicaciones prácticas para permitir a cualquier experto en la técnica utilizar mejor la invención en diversas realizaciones y con diversas modificaciones, según sea preciso para los usos particulares que se contemplen. Por tanto, está previsto que dichas modificaciones entran en el alcance de la presente invención, según se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (24)

1. Un material en forma de lámina resistente a los cortes, resistente a la trituración y absorbente, caracterizado porque comprende:
un sustrato absorbente que tiene al menos 50 por ciento en peso de un material absorbente; y
una pluralidad de partículas resistentes a los cortes no fibrosas en contacto con el sustrato absorbente, en donde las partículas tienen un tamaño promedio de al menos aproximadamente 100 micrómetros y en donde el sustrato absorbente está prácticamente exento de carga libre inorgánica en forma de partículas.
2. Un material en forma de lámina resistente a los cortes, resistente a la trituración y absorbente, que básicamente consiste en:
al menos 50 por ciento en peso de un material absorbente; y
una pluralidad de partículas resistentes a los cortes no fibrosas distribuidas a través del material absorbente, en donde las partículas tienen un tamaño promedio de al menos aproximadamente 100 micrómetros.
3. Un material en forma de lámina absorbente, resistente a los cortes y resistente a la trituración según se indica en las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende:
un sustrato absorbente; y
partículas resistentes a los cortes dispersadas a través del sustrato absorbente, en donde la lámina presenta una resistencia a los cortes de al menos 30 kgf/cm, una eficacia absorbente de al menos 0,2 y una pérdida por abrasión en húmedo de menos de aproximadamente 400 mg por 100 revoluciones.
4. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-3, en el que las partículas se proporcionan en una cantidad de hasta aproximadamente 50 por ciento en peso del material en forma de lámina.
5. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-4, en el que el material en forma de lámina tiene un peso por unidad de superficie de al menos 163 g/m^{2} (100 libras por 3.000 pies^{2}).
6. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-5, en el que las partículas resistentes a los cortes comprenden partículas poliméricas que tienen un tamaño promedio de entre aproximadamente 100 micrómetros y aproximadamente 1.000 micrómetros.
7. El material en forma de lámina según la reivindicación 6, en el que las partículas poliméricas comprenden un material polimérico compuesto que incluye material de carga inorgánica.
8. El material en forma de lámina según la reivindicación 7, en el que las partículas comprenden un material polimérico compuesto que tiene hasta aproximadamente 80 por ciento de carga inorgánica en peso.
9. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-8, en el que el material absorbente comprende material celulósico.
10. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-9, en el que las partículas están al menos parcialmente unidas al sustrato absorbente.
11. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-10, que comprende además:
una capa de respaldo impermeable a los líquidos unida al sustrato absorbente.
12. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-11, en el que las partículas están distribuidas a través del sustrato absorbente.
13. El material en forma de lámina según la reivindicación 12, en el que las partículas están distribuidas en un gradiente a través del espesor del sustrato absorbente.
14. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-13, que comprende además:
una capa superior y una capa inferior proporcionadas en lados opuestos del sustrato absorbente.
15. El material en forma de lámina según la reivindicación 14, en el que la capa superior y la capa inferior comprenden materiales de papel.
16. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 14-15, en el que la capa superior y la capa inferior están prácticamente exentas de partículas resistentes a los cortes.
17. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-16, en el que el material en forma de lámina está prácticamente exento de fibras de polímero.
18. El material en forma de lámina según la reivindicación 3, en el que las partículas resistentes a los cortes tienen un tamaño promedio de al menos 100 micrómetros.
19. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 3 ó 18, en el que la lámina presenta una pérdida por abrasión en seco de menos de 300 mg por 100 revoluciones.
20. El material en forma de lámina según las reivindicaciones 1-7 y 9-20, en el que el material en forma de lámina está prácticamente exento de carga libre inorgánica en forma de partículas.
21. Un método para conformar un material en forma de lámina resistente a los cortes, absorbente y resistente a la trituración, comprendiendo el método las etapas de:
conformar una mezcla de fibras absorbentes, partículas poliméricas y agua, en la que las partículas poliméricas tienen un tamaño promedio de al menos aproximadamente 100 micrómetros;
conformar la mezcla en una lámina; y
aplicar calor y presión a la lámina para hacer que las partículas poliméricas se unan al menos parcialmente a las fibras celulósicas.
22. El método según la reivindicación 21, en el que las partículas se proporcionan en una cantidad de hasta aproximadamente 50 por ciento en peso y en el que las fibras absorbentes se proporcionan en una cantidad de al menos 50 por ciento en peso.
23. El método según las reivindicaciones 21 ó 22, en el que la lámina se conforma con un espesor de entre aproximadamente 0,254 mm y aproximadamente 1,27 mm (aproximadamente 0,01 pulgadas y aproximadamente 0,05 pulgadas).
24. El método según las reivindicaciones 21 a 23, que comprende además:
aplicar una capa fina de recubrimiento a al menos un lado de la lámina, en donde la capa fina de recubrimiento está prácticamente exenta de partículas de polímero y tiene un peso por unidad de superficie de menos de aproximadamente 163 g/m^{2} (100 libras por 3.000 pies^{2}).
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