ES2318659T3 - Materiales celulosicos y lignocelulosicos texturizados y composiciones y compuestos realizados de estos. - Google Patents
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Abstract
Una composición que comprende un material fibroso texturizado que comprende un material celulósico o lignocelulósico que ha sido cortado hasta el punto de que las fibras internas queden sustancialmente expuestas; y un compuesto químico o formulación química.
Description
Materiales celulósicos y lignocelulósicos
texturizados y composiciones y compuestos realizados de éstos.
La invención se refiere a materiales celulósicos
o lignocelulósicos texturizados (e.g., papel polirecubierto
texturizado) y composiciones y compuestos hechos a partir de dichos
materiales texturizados.
Los materiales celulósicos y lignocelulósicos
son producidos, procesados y utilizados en grandes cantidades en
una serie de aplicaciones. Por ejemplo, un papel recubierto con un
polímero (i.e., papel polirecubierto) es utilizado para hacer una
variedad de envases de alimentos, incluyendo cartones de zumos de
tamaño individual y envoltorios de alimentos congelados. Una vez
utilizados, estos materiales celulósicos y lignocelulósicos son
generalmente desechados. Como resultado, hay una cantidad siempre en
incremento de material celulósico y lignocelulósico residual.
La solicitud de patente japonesa JP 63.033.448
revela un compuesto que comprende una poliolefina, fibra vegetal de
la celulosa fibrilada y una cantidad específica de un agente
nucleante, preferiblemente monohidróxido de
aluminio-di-p-t-benzoato
de butilo, sorbitol dibenzilidina, sílica, talco, etc.
La patente US 3.697.394 revela un elastómero
reforzado con celulosa discontinua. El elastómero vulcanizado tiene
disperso en la matriz del elastómero una fibra de celulosa
discontinua.
La patente WO 00/29183 se refiere a materiales
granulados regenerativos en bruto para moldeo por inyección. El
granulado es ampliamente variable con respecto a sus propiedades
físicas y mecánicas.
La patente US 4.244.847 revela un proceso una
mezcla o un polímero fibrilado. La mezcla es definida mediante la
mezcla de un agente de fraccionamiento y opcionalmente,
plastificantes o adhesivos con un material seco desfibrinado. La
mezcla es dispersada en un elastómero para proporcionar un compuesto
fibro-elastómero curado teniendo características
físicas mejoradas para productos tales como mangueras, neumáticos, o
correas de transmisión.
La patente US 4.791.020 describe compuestos
hechos a partir de las fibras de celulosa dispersadas en una matriz
de polietileno y de un isocianato unidos a éstas durante la
expulsión y moldura subsiguientes. El isocianato mejora la adhesión
entre las fibras de celulosa y el polietileno. La mejorada adhesión
da como resultado propiedades tensiles mejoradas en el
compuesto.
La patente WO 97/06942 revela un proceso para la
producción de materiales presentados, en particular para la
producción de puerta y ventana. Los recortes de y aditivos
termoplásticos hechos a partir de fibras vegetales son mezclados
juntos y plastificados térmicamente. La solución termoplástica es
configurada, mantenida y enfriada para de ese modo endurecerse.
La patente US 533 1087 revela un método para el
reprocesamiento de materiales de empaquetamiento cubiertos de
termoplásticos y material termoplástico para un procesamiento
ulterior. El material es pulverizado, lavado, posteriormente
pulverizado y separado en fracciones fibrosas y en una fracción de
lámina termoplástica. El termoplástico es entonces regranulado para
reciclado y el componente fibroso es utilizado en la producción de
papel corrugado no procesado para tableros.
En general, la invención presenta materiales
texturizados celulósicos o lignocelulósicos (papel texturizado
polirecubierto) y composiciones y compuestos hechos de éstos.
En una realización, la invención presenta un
proceso para la preparación de un material fibroso texturizado. El
proceso involucra el recorte del material celulósico o
lignocelulósico teniendo fibras internas (e.g., lino, cáñamo,
algodón, yute, trapos, papel terminado o no terminado, papel
polirecubierto, productos de papel, o bioproductos de la
fabricación del papel como tableros de pulpa, o materiales
sintéticos celulósicos o lignocelulósicos como el rayón), en una
extensión a la que las fibras internas estén expuestas
sustancialmente, dando como resultado un material fibroso
texturizado.
El material celulósico o lignocelulósico puede
ser, por ejemplo, un material tejido como una tela tejida, o un
material no tejido como el papel o papel de seda para baño. Las
fibras expuestas del material fibroso texturizado pueden tener una
relación longitud/diámetro (L/D) de al menos 5 aproximadamente
(e.g., al menos 5, 10, 25, 50, o más, aproximadamente). Por
ejemplo, al menos el 50% de las fibras pueden tener relaciones L/D
de esta magnitud.
En otra realización, la invención presenta un
material fibroso texturizado que incluye un material lignocelulósico
o celulósico (e.g., papel polirecubierto) teniendo fibras internas,
donde el material lignocelulósico o celulósico es cortado a la
extensión en que las fibras internas están expuestas
sustancialmente.
\newpage
El material fibroso texturizado puede ser
incorporado a, por ejemplo, (e.g., asociado con, mezclado con,
adyacente a, rodeado por, o dentro) una estructura o un portador
(e.g., una red, membrana, dispositivo de flotación, bolsa, armazón,
o una sustancia biodegradable). Opcionalmente la estructura o el
portador pueden por sí mismos ser hechos de un material fibroso
texturizado (e.g., un material fibroso texturizado de la invención),
o de una composición o compuesto de un material fibroso
texturizado.
El material de fibra texturizado puede tener una
densidad relativa menor que 0,5 gramos por centímetro cúbico
(g/cm^{3}) aproximadamente, o menor aún que 0,2 g/cm^{3}
aproximadamente.
Composiciones que incluyen materiales fibrosos
texturizados descritos con anterioridad, junto con compuestos
químicos o una formulación química (e.g., farmacéutico como un
antibiótico o anticonceptivo, con un excipiente opcionalmente; un
compuesto agrícola como un fertilizante, herbicida, o pesticida; o
una formulación que incluya enzimas) están también dentro del
alcance de la invención, como son las composiciones que incluyen
materiales fibrosos texturizados y otros ingredientes líquidos o
sólidos (e.g., sólidos particulados, en polvo, o granulados como
las semillas de planta, alimentos, o bacterias).
Compuestos que incluyen una resina termoplástica
y materiales fibrosos texturizados están también contemplados. La
resina puede ser, por ejemplo, de polietileno, polipropileno,
poliestireno, policarbonato, polibutileno, un poliéster
termoplástico, un poliéter, poliuretano termoplástico, o una
poliamida, o una combinación de dos o más resinas.
En algunos casos, es texturizado al menos un 5%
en peso aproximadamente (e.g., 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 90%, 95%,
99%, o el 100% aproximadamente) del material fibroso incluido en los
compuestos.
El compuesto puede incluir, por ejemplo, del 30%
hasta aproximadamente el 70% en peso de la resina y del 30% hasta
aproximadamente el 70% en peso del material fibroso texturizado,
aunque pueden ser utilizadas también proporciones fuera de estos
intervalos. Los compuestos pueden ser completamente fuertes,
consistiendo en algunos de una resistencia flexural de 6.000 a
10.000 psi aproximadamente.
Las composiciones pueden incluir también
aditivos inorgánicos como carbonato de calcio, grafito, asbestos,
wolastonita, micas, vidrio, fibras de vidrio, yeso, talco, sílice,
cerámica, desechos triturados de construcción, partículas de goma
neumática, fibras de carbón, o fibras de metal (e.g., acero
inoxidable o aluminio).
Los aditivos inorgánicos pueden representar del
0,5% hasta aproximadamente el 20% del peso total del compuesto.
El compuesto puede estar en forma de, por
ejemplo, un palet (e.g., un palet obtenido por moldeo por
inyección), tubos, paneles, materiales de madera, tableros,
alojamientos, hojas, postes, correas, cercados, componentes,
puertas, contraventanas, toldos, pantallas, signos, marcos,
cubiertas de ventanas, forros, tableros de pared, pavimentos,
azulejos, uniones de ferrocarril, hormas, bandejas, instrumentos de
mano, casillas, ropas de cama, dispensadores, bastones, abrigos,
cargadores, barriles, cajas, materiales de empaquetamiento, cestos,
correas, deslizadores, estantes, cubiertas, carpetas, divisores,
paredes, alfombras de interior y exterior, mantas, tejidos, y
esteras, marcos, librerías, esculturas, sillas, mesas, escritorios,
artes, juguetes, juegos, embarcaderos, consolas, barcos, mástiles,
productos de control de contaminación, tanques sépticos, paneles de
automotores, sustratos, alojamientos de computadoras, cubiertas
eléctricas subterráneas y aéreas, mobiliario, mesas de picnic,
tiendas de campaña, patios, bancos, refugios, bienes deportivos,
camas, cuñas, hilo, tela, placas, bandejas, suspensiones,
servidores, fondos, asilamiento, cofres, sobrecubiertas, ropas,
cañas, muletas, y otros productos de construcción, agrícolas, de
materiales de conducción, de transportación, automotores,
industriales, ambientales, navales, eléctricos, electrónicos,
recreacionales, médicos, de tejidos, y productos de consumo. Los
compuestos pueden estar también en forma de una fibra, filamento o
película.
Los términos "material lignocelulósico o
celulósico texturizado" y "material fibroso texturizado"
como son utilizado en este documento, significan que el material
celulósico o lignocelulósico ha sido cortado a la extensión en que
las fibras internas están expuestas sustancialmente. Al menos el 50%
aproximadamente, con más preferencia de al menos un 70%
aproximadamente, de estas fibras que tienen una relación longitud/
diámetro (L/D) de al menos 5, de más preferencia de al menos 25, o
al menos 50. Un ejemplo de un material celulósico texturizado
(i.e., de prensa texturizado) es mostrado en la Fig.1. Un ejemplo de
papel polirecubierto texturizado es mostrado en la Fig. 2.
Los materiales fibrosos texturizados de la
invención tienen propiedades que les asignan una utilidad para
varias aplicaciones. Por ejemplo, los materiales fibrosos
texturizados tienen propiedades absorbentes, las cuales pueden ser
explotadas, por ejemplo, para el control de la contaminación. Las
fibras son generalmente biodegradables, haciéndoles convenientes,
por ejemplo, para invenciones de fármacos o compuestos químicos
(e.g., en el tratamiento de humanos, animales, o en aplicaciones
agrícolas). Los materiales fibrosos texturizados pueden también ser
usados para reforzar las resinas poliméricas.
Estos compuestos que incluyen el material
fibroso texturizado y la resina son fuertes, de peso ligero, y no
costosos. Los materiales crudos usados para hacer los compuestos
están disponibles como materiales vírgenes o reciclados; por
ejemplo, pueden incluir contenedores compuestos por resinas, y
fibras residuales celulósicas o lignocelulósicas (e.g.,
contenedores residuales compuestos por papel polirecubierto).
\newpage
El papel polirecubierto puede ser difícil de
reciclar debido a que el papel y las capas de polímeros generalmente
no pueden ser separados. En la presente intención, tanto el papel y
las porciones de polímeros son utilizados, por lo que no hay
necesidad para separar los dos. Puede ser similarmente utilizado el
papel polirecubierto que incluya una o más capas de aluminio. La
invención por tanto ayuda a reciclar recipientes descartados después
del consumo, mientras que al mismo tiempo produce productos de
utilidad.
Otras características y ventajas de la invención
serán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada y de
las reivindicaciones.
La Fig. 1 es una fotografía de un periódico
texturizado, amplificada cincuenta veces.
La Fig. 2 es una fotografía de un papel
polirecubierto texturizado, amplificada cincuenta veces.
La Fig. 3 es una fotografía de un envase de
medio galón para zumos de polipapel.
La Fig. 4 es una fotografía de envases de medio
galón para zumos de polipapel triturado.
La Fig. 5 es una fotografía de un material
fibroso texturizado, preparada mediante el triturado de envases de
polipapel de medio galón para zumos.
Ejemplos de materiales crudos celulósicos
incluyen el papel y productos de papel como el papel periódico y
del efluente de la fabricación de papel, y papel polirecubierto.
Ejemplos de materiales crudos lignocelulósicos incluyen la madera,
fibras de madera, y materiales relacionados con la madera así como
materiales derivados del kenaf, grasas, cortezas de arroz, bagazo,
algodón, yute, otros tallos de plantas (e.g., cáñamo, lino bambú,
fibras de la corteza interna y de la corteza central del tilo), de
hojas de plantas, (e.g., sisal, ábaco, y fibras agrícolas (e.g.,
paja de cereal, masa de maíz, cáscaras de arroz, y filamentos del
coco). Además de los materiales crudos vírgenes, posterior al
consumo, el residuo industrial (e.g., desechos), y del procesamiento
(e.g., efluente) pueden ser usados también como fuentes de
fibras.
El papel polirecubierto está disponible en una
variedad de formas. Por ejemplo, el total de hojas de papel
polirecubierto virgen puede ser adquirido a partir de Papel
Internacional, New York. Alternativamente, el papel virgen
polirecubierto residual (e.g., bordes de accesorios, excedentes,
fuetes de error de imprenta) puede ser obtenido a partir de
International Paper o de otras fábricas de papel. El papel
polirecubierto utilizado, en forma de envases residuales para
alimentos y envases de bebidas, pueden ser acumulados de varias
fuentes, incluyendo los residuos y las corrientes de reciclaje. El
papel polirecubierto puede ser hecho de un polímero (e.g.,
polietileno) y papel, y, en algunos casos, de una o más capas de
aluminio. El papel polirecubierto que incluye una o más capas de
láminas de aluminio es utilizado comúnmente para el almacenaje
hermético de líquido. El fragmento de papel polirecubierto o de
residuo utilizado (e.g., residuo posterior al consumo, desecho
industrial) puede ser también adquirido de compradores de
este
material.
material.
Si son utilizados fragmentos de materiales
celulósicos o lignocelulósicos, ellos deben estar limpios y secos.
El material crudo puede ser texturizado utilizando cualquiera de los
medios mecánicos, o combinaciones de estos. Un método de
texturización incluye primero el corte del material celulósico o
lignocelulósico en piezas de ¼ a ½ en pulgadas, si es necesario,
utilizando un aparato de corte estándar. Las trituradoras de eje de
tornillo con propulsión en contragiro y las trituradoras divididas
de eje de tornillo de rotación como aquellas fabricados por Munson
(Utica, NY), pueden ser utilizados también, como poder de un
triturador estándar de documento como se encuentra en muchas
oficinas.
El material celulósico o lignocelulósico es
entonces cortado con cortador rotatorio, como es fabricada por
Sprout, Waldron Companies, descrita en Perry's Chem. Eng. Handbook,
6th Ed., at 8-29 (1984). Aunque otros ajustes
pueden ser utilizados, el espacio entre las cuchillas rotatorias y
las cuchillas del fondo del cortador rotatorio están colocados
típicamente a 0,0020'' o menos, y una es puesta rotación de hoja a
750 rpm o más. El cortador rotatorio puede ser enfriado a 100ºC o
inferior a esto durante el proceso, por ejemplo con una
sobrecubierta de agua.
El material texturizado es pasado a través de
una pantalla de descarga. Pantallas más grandes (e.g., por encima
de 6 mm) pueden ser usadas en la producción a larga escala. El
material crudo celulósico o lignocelulósico es mantenido
generalmente en contacto con las hojas del cortador rotatorio hasta
que las fibras son removidas separadamente; pantallas más pequeñas
(e.g., malla de 2 mm) proporcionan un tiempo mayor de residencia y
una texturización más completa, pero puede resultar en proporciones
más pequeñas del aspecto longitud/diámetro (L/D). Un cajón al vacío
puede ser unido a la pantalla para maximizar y mantener la
proporción de aspecto longitud/diámetro de la fibra.
\newpage
Los materiales fibrosos texturizados pueden ser
almacenados directamente en bolsas selladas o pueden ser secados a
105ºC aproximadamente de 4-18 horas (e.g., hasta que
el contenido de humedad sea menor que 0,5% aproximadamente)
inmediatamente antes de su uso. La Fig. 1 es una fotografía SEM de
un periódico texturizado.
Los materiales fibrosos texturizados y
composiciones y compuestos de dichas fibras junto a compuestos
químicos y formulaciones químicas pueden ser preparadas para tomar
ventajas de las propiedades del material. Los materiales pueden ser
utilizados para absorber compuestos químicos, por ejemplo, la
absorción muchas veces de su propio peso potencialmente. Por
consiguiente, los materiales pueden, por ejemplo, ser utilizados
para absorber el petróleo derramado, o para limpiar la
contaminación ambiental, por ejemplo, en el agua, en el aire, o
sobre la tierra. Similarmente, las propiedades absorbentes de los
materiales, junto con su biodegradabilidad, también los hace útiles
para la liberación de compuestos químicos y formulaciones químicas.
Por ejemplo, los materiales pueden ser tratados con soluciones de
enzimas o de farmacéuticos como antibióticos, nutrientes, o
anticonceptivos, y cualquier excipiente necesario, para la
liberación del fármaco (e.g., para el tratamiento de humanos o
animales, o para el uso como o en alimento de animales y/o ropas de
cama), así como solución de fertilizantes, herbicidas, o
pesticidas. Los materiales pueden ser opcionalmente tratados
químicamente para aumentar la propiedad de absorción específica.
Por ejemplo, los materiales pueden ser tratados con silanos para que
se hagan lipofílicos.
Las composiciones que incluyen materiales
texturizados combinados pueden ser preparadas con líquidos o sólidos
particulados, en polvo, o granuladas. Por ejemplo, los materiales
fibrosos texturizados pueden ser mezclados con semillas (i.e., con
y sin tratamiento con una solución de fertilizante, pesticidas,
etc.), reservas de alimentos, o bacterias (e.g., bacterias que
digieren toxinas). La proporción de materiales fibrosos con relación
a otros compuestos de las composiciones dependerá de la naturaleza
de los componentes y de ser fácilmente modificados para una
aplicación específica del producto.
En algunos casos, puede ser ventajoso asociar
los materiales fibrosos texturizados, o composiciones o compuestos
de tales materiales, con una estructura o portador como una red, una
membrana, un dispositivo de flotación, una bolsa, una cubierta, o
una sustancia biodegradable. Opcionalmente, la estructura de
portador puede por si misma ser hecha de un material fibroso
texturizado (e.g., un material de la invención), o una composición
o compuesto de éstos.
Los materiales fibrosos texturizados pueden
también ser combinados con resinas para formar compuestos fuertes,
ligeros en peso. Materiales que hayan sido tratados con compuestos
químicos o formulaciones químicas, como está descrito
anteriormente, pueden ser combinados similarmente con resinas
biodegradables o no biodegradables para formar los compuestos,
permitiendo la introducción de, por ejemplo, sustancias hidrófobas
de otra manera en matrices de polímeros hidrófobos.
Alternativamente, los compuestos que incluyen materiales fibrosos
texturizados y la resina pueden ser tratados con compuestos
químicos o formulaciones químicas.
El material celulósico o lignocelulósico
texturizado le proporciona al compuesto resistencia. El compuesto
puede incluir desde aproximadamente un 10% hasta un 90%
aproximadamente, por ejemplo desde aproximadamente un 30% hasta un
70% aproximadamente, del material celulósico o lignocelulósico
texturizado en peso. Las combinaciones de materiales fibrosos
texturizados pueden ser utilizadas también (e.g., papel
polirecubierto texturizado mezclado con materiales texturizados
relacionados con la madera u otras fibras celulósicas o
lignocelulósicas.
La resina encapsula el material celulósico o
lignocelulósico texturizado en los compuestos, y ayuda a controlar
la forma de los compuestos. La resina transfiere además cargas a los
materiales fibrosos y protege a la fibra de un daño ambiental y
estructural. Los compuestos pueden incluir, por ejemplo, de
aproximadamente un 10% hasta un 90% aproximadamente, de más
preferencia de aproximadamente un 30% hasta un 70% aproximadamente,
en peso, de la resina.
Ejemplos de resinas que son combinadas
convenientemente con fibras texturizadas incluyen el polietileno
(incluyendo e.g., polietileno de baja densidad y polietileno de
alta densidad), polipropileno, poliestireno, policarbonato,
polibutileno, poliésteres termoplásticos (e.g, PET), poliéteres,
poliuretano termoplástico, PVC, poliamidas (e.g, nylon) y otras
resinas. Es preferido que las resinas tengan un índice de fluencia
en fusión bajo. Las resinas preferidas incluyen el polietileno y el
polipropileno con índice de fluencia en fusión menor que 3 g/10
min., y de más preferencia menor que 1 g/10 min.
Las resinas pueden ser adquiridas como
materiales vírgenes, u obtenidas de materiales residuales, y pueden
ser adquiridas en forma granulada o de bolitas. Una fuente de resina
reciclada es utilizada en botellas de polietileno para leche. Si
está presente la humedad en la superficie sobre la resina granulada
o en forma de bolitas, de cualquier manera, debe ser secada antes
de su uso.
Los compuestos pueden también incluir agentes de
acoplamiento. Los agentes de acoplamiento ayudan a unir las fibras
hidrófilas a las resinas hidrófobas. Ejemplos de agentes de
acoplamiento incluyen a los polietilenos modificados con anhidrido
maleico, como son aquellos de las series de FUSABOND® (disponible de
Dupont, Delaware) y POLYBOND® (disponible de Uniroyal Chemical,
Connecticut). Un agente de acoplamiento conveniente es el
polietileno de alta densidad modificado con anhidrido maleico como
es el FUSABOND® MB 100D.
Los compuestos pueden también incluir aditivos
conocidos por los expertos en la técnica de combinación, como los
plastificantes, lubricantes, antioxidantes, estabilizadores de
calor, colorantes, retardantes de fuego, biocidas, modificadores de
impacto, y agentes fotoestabilizadores antiestáticos.
Los compuestos pueden también incluir aditivos
inorgánicos como el carbonato de calcio, grafito, asbestos,
wolastonita, mica, vidrio, fibras de vidrio, esteatita, sílice,
cerámica, desechos de tierra de construcción, partículas de goma
neumática, fibras de carbón, o fibras de metal (e.g., aluminio, o
acero inoxidable). Cuando estos aditivos son incluidos, ellos están
presentes típicamente a partir de cantidades de aproximadamente
0,5% hasta un 20-30% aproximadamente en peso. Por
ejemplo, el carbonato de calcio en forma de submicrómetros puede
ser adicionado a los compuestos del material fibroso texturizado y a
la resina para mejorar las características de modificación de
impacto o para aumentar la resistencia del compuesto.
Las composiciones que contienen los materiales
celulósicos o lignocelulósicos texturizados y los compuestos
químicos, formulaciones químicas, u otros sólidos pueden ser
preparados, por ejemplo, en varios aparatos de inmersiones,
rociados, o de mezcla, incluyendo, pero no limitado a, mezcladores
de cinta, mezcladores de cono, mezcladores de doble cono, y
mezcladores Patterson-Kelly "V".
Por ejemplo, una composición que contiene un 90%
en peso del material celulósico o lignocelulósico texturizado y un
10% en peso de fosfato de amonio o de bicarbonato de sodio pueden
ser preparados en un mezclador de cono para crear un material
retardante de fuego para la absorción de aceite.
Los compuestos del material fibroso texturizado
y de la resina pueden ser preparados como sigue. Un molino de 2
rollos estándar compuesto de caucho/plástico es calentado a
325-400ºF. La resina (generalmente en forma de
pelets o gránulos) es adicionada al molino de rodillo calentado.
Después de 5 a 10 minutos aproximadamente, el agente de
acoplamiento es adicionado al molino de rollo. Después de otros
cinco minutos, el material celulósico o lignocelulósico texturizado
es añadido a la mezcla fundida resina/agente de acoplamiento. El
material texturizado es añadido durante un período de 10 minutos
aproximadamente.
El compuesto es removido del molino de rodillo,
cortado en hojas y dejado a enfriase a temperatura ambiente. Es
entonces moldeado a compresión en placas utilizando técnicas
estándares de moldeo por compresión.
Alternativamente, un mezclador, como el
mezclador interno de Banbury, es cargado con los ingredientes. Los
ingredientes son mezclados, mientras que la temperatura es mantenida
al menos a 190ºC aproximadamente. La mezcla puede ser moldeada
entonces por compresión.
En otra realización, los ingredientes pueden ser
mezclados alternativamente en un mezclador para moldeado, como el
moldeador de doble eje de tornillo equipado con trituradoras
corrotatorias. La resina y el agente de acoplamiento son
introducidos en la apertura de alimentación del moldeador; el
material o materiales celulósicos o lignocelulósicos texturizados
son introducidos aproximadamente a 1/3 a lo largo de la longitud del
moldeador dentro de una resina fundida. La temperatura interna del
moldeador es mantenida al menos a 190ºC aproximadamente. A la
salida, el compuesto puede estar, por ejemplo, peletizado por el
corte de la fibra en frío.
Alternativamente, la mezcla puede estar
preparada primero en un mezclador, y transferida entonces a un
moldeador.
En otra realización, el compuesto puede estar
formado por filamentos para la labor de punto, torcido, tejido,
trenzado, o en la fabricación de compuestos no tejidos. En otra
realización adicional, el compuesto puede ser hecho dentro de una
película.
Los compuestos resultantes incluyen una red de
fibras, encapsuladas dentro de una matriz de resina. La fibras
forman un red con forma de malla, las cuales proporcionan una
composición con resistencia. Toda vez que el material celulósico o
lignocelulósico está texturizado, es incrementada la cantidad
disponible de área superficial para unirse a la resina, en
comparación con los compuestos preparados con material celulósico o
lignocelulósico no texturizado. La resina se une a la superficie de
las fibras expuestas, creando una mezcla íntima de la red de fibra
y de la matriz de las fibras. La mezcla íntima de las fibras y la
matriz de la resina fortalece además los compuestos.
Los compuestos del material de resina/fibra
pueden ser utilizados en un número de aplicaciones. Los compuestos
son fuertes y ligeros en peso; pueden ser utilizados, por ejemplo,
como sustituyentes de la madera. La cubierta de resina que
suministran los compuestos resistentes al agua, puede entonces ser
utilizada en aplicaciones al aire libre. Por ejemplo, los
compuestos pueden ser utilizados para hacer palets, los cuales a
menudo son almacenados al aire libre por períodos extensos de
tiempo, barriles de vino, botes de remos, mobiliario, esquís, y
remos. Muchos otros usos están contemplados, incluyendo paneles,
tuberías, materiales para cubiertas, tableros, alojamientos, hojas,
postes, correas, cercados, componentes, puertas, contraventanas,
toldos, sombras, anuncios, marcos, cubiertas de ventanas, forros,
tableros de pared, pavimentos, azulejos, uniones de ferrocarril,
hormas, bandejas, instrumentos de mano, casillas, ropas de cama,
dispensadores, bastones, abrigos, cargadores, barriles, cajas,
materiales de empaquetamiento, cestos, correas, deslizadores,
estantes, cubiertas, carpetas, divisores, paredes, alfombras de
interiores y exteriores, mantas, tejidos, y esteras, marcos,
librerías, esculturas, sillas, mesas, escritorios, artes, juguetes,
juegos, embarcaderos, consolas, barcos, mástiles, productos de
control de contaminación, tanques sépticos, paneles de automotores,
sustratos, alojamientos de computadoras, cubiertas eléctricas
subterráneas y aéreas, mobiliario, mesas de picnic, tiendas de
campaña, patios, bancos, refugios, bienes deportivos, camas, cuñas,
hilo, tela, placas, bandejas, suspensiones, servidores, fondos,
asilamiento, cofres, sobrecubiertas, ropas, cañas, muletas, y otros
productos de construcción, agrícolas, de materiales de conducción,
de transportación, automotores, industriales, ambientales, navales,
eléctricos, electrónicos, materiales de recreo, artículos médicos,
de tejidos, y productos de consumo. Otras numerosas aplicaciones
están conceptualizadas. Los compuestos pueden también ser utilizados
por ejemplo, como base o armazón para un producto de revestimiento.
Además, los compuestos pueden estar, por ejemplo, tratados en la
superficie, ranurados, molidos, moldeados, marcados, texturizados,
comprimidos, perforados, o coloreados. La superficie de los
compuestos puede ser
lisa o áspera.
lisa o áspera.
Los ejemplos siguientes ilustran ciertas
realizaciones y aspectos de la presente invención y no han de
interpretarse como una limitación del alcance de ésta.
\vskip1.000000\baselineskip
Unas 1500 libras de envases no encogibles
vírgenes de medio galón para zumos hechos de cartón kraft blanco
polirecubierto fue obtenido a partir de la International Paper. Un
de dichos envases es mostrado en la Fig. 3. Cada envase fue plegado
a lo liso.
Los envases fueron llenados dentro de una
trituradora Flinch Baugh 3 hp a una proporción de 15 a 20 libras
por hora aproximadamente. La trituradora fue equipada con dos
láminas rotatorias, cada una de 12'' de longitud, dos láminas
fijas, y una pantalla de descarga de 0,3''. El espacio entre el
rotor y las láminas fijadas fue de 0,10''.
Una muestra de la salida de la trituradora,
consistiendo primariamente de piezas semejantes a papelillos, de
0,1'' a 0,5'' de ancho aproximadamente y de 0,25'' a 1''
aproximadamente de longitud, es mostrada en la Fig.4. La salida de
la trituradora fue llenada en un cortador rotatorio Modelo de Molino
2D5 de Thomas Wiley. El cortador rotatorio tuvo cuatro láminas
rotatorias, cuatro láminas fijadas y una pantalla de descarga de 2
mm. Cada lámina era 2'' de largo aproximadamente. El espacio de
lámina fue colocado a 0,020''.
El cortador rotatorio cortó los pedazos
semejantes a papelillos entre los bordes de la cuchilla, desgarrando
los pedazos separadamente y la liberación de una fibra finamente
texturizada a una proporción de una libra por hora aproximadamente.
La fibra tuvo una proporción promedio mínima de L/D entre cinco y
100 o más. La magnitud de la densidad aparente de la fibra
texturizada estuvo en el orden de 0,1 g/cc. Una muestra de fibra
texturizada es mostrada en la Fig. 5 a una magnificación normal, y
en la Fig. 2 a una amplificación de cincuenta veces.
Los compuestos de la fibra texturizada y la
resina fueron preparados como sigue. Un molino de 2 rollos estándar
compuesto de caucho/plástico es calentado a
325-400ºF. La resina (generalmente en forma de
pelets o gránulos) fue adicionada al molino de rodillo calentado.
Después de de 5 a 10 minutos aproximadamente, la resina bandeada
sobre los rollos (fundida y fusionada sobre los rollos). El agente
de acoplamiento fue adicionado entonces sobre el molino de rollo.
Después de otros cinco minutos, el material celulósico o
lignocelulósico texturizado es añadido a la mezcla fundida
resina/agente de acoplamiento. La fibra celulósica o lignocelulósica
fue añadida durante un período de 10 minutos aproximadamente.
El compuesto es extraído del molino de rodillo,
cortado en hojas y dejado a enfriase a temperatura ambiente. Lotes
de 80 g aproximadamente fueron moldeados por compresión dentro de
placas de 6'' x 6'' x 1/8'' utilizando técnicas estándares de
moldeo por compresión.
\newpage
Un compuesto contuvo los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las placas fueron maquinadas dentro de pruebas
para muestras apropiadas y probadas de acuerdo a los procedimientos
delineados para el método especificado. Tres muestras diferentes
fueron probadas para cada propiedad, y fue calculado el valor medio
para cada prueba. Las propiedades de la Composición No. 1 son como
sigue:
| Fuerza de flexión (10^{3} psi) | 9,81 (ASTM D790) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 6,27 (ASTM D790) |
\vskip1.000000\baselineskip
Una segunda composición contiene los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 2 son como
sigue:
| Fuerza de flexión (10^{3} psi) | 9,06 (ASTM D790) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 6,78 (ASTM D790) |
\newpage
Una tercera composición contiene los
ingredientes siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 3 son como
sigue:
| Fuerza de flexión (10^{3} psi) | 11,4 (ASTM D790) |
| Módulo de flexión(10^{5} psi) | 6,41 (ASTM D790) |
\vskip1.000000\baselineskip
Una cuarta composición contiene los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 4 son como
sigue:
| Fuerza de flexión (10^{5} psi) | 8,29 (ASTM D790) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D 638) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 10,1 (ASTM D790) |
| Corte Izoid (pies-libra/pulgadas) | 1,39 (ASTM D 256-97) |
\newpage
Un quinto compuesto contiene los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 5 son como
sigue:
| Fuerza de flexión (10^{5} psi) | 8,38 (ASTM D790) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D 638) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 9,86 (ASTM D790) |
| Corte Izoid (pies-libra/pulgadas) | 1,37 (ASTM D 256-97) |
\vskip1.000000\baselineskip
Un sexto compuesto contiene los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 6 son como
sigue:
| Fuerza de flexión (10^{5} psi) | 7,43 (ASTM D790) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D638) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 11,6 (ASTM D790) |
| Corte Izod (pies-libra/pulgadas) | 1,27 (ASTM D256-97) |
\newpage
Un séptimo compuesto contiene los siguientes
ingredientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 7 son como
siguen:
| Fuerza flexural (10^{5} psi) | 7,79 (ASTM D790) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D638) |
| Módulo de flexión(10^{5} psi) | 7,19 (ASTM D790) |
\vskip1.000000\baselineskip
Un octavo compuesto contiene las propiedades
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 8 son como
siguen:
| Modulo tensil (10^{5} psi) | 8,63 (ASTM D638) |
| Fuerza tensil de ruptura (psi) | 6820 (ASTM D638) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D638) |
| Fuerza de flexión (psi) | 12.200 (ASTM D790) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 6,61 (ASTM D790) |
\newpage
Un noveno compuesto contiene los ingredientes
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 9 son como
sigue:
| Modulo tensil (10^{5} psi) | 7,38 (ASTM D638) |
| Fuerza tensil de ruptura (psi) | 6500(ASTM D638) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D638) |
| Fuerza de flexión (psi) | 11.900 (ASTM D790) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 6,50 (ASTM D790) |
\vskip1.000000\baselineskip
Una décima composición contiene los ingredientes
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Las propiedades de la Composición No. 10 son
como sigue:
| Modulo tensil (10^{5} psi) | 7,08 (ASTM D638) |
| Fuerza tensil de ruptura (psi) | 6480(ASTM D638) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D638) |
| Fuerza de flexión (psi) | 10.200 (ASTM D790) |
| Modulo de flexión (10^{5} psi) | 5,73 (ASTM D790) |
\newpage
Un decimoprimero compuesto contiene los
ingredientes siguientes:
Las propiedades de la Composición No. 11 son
como sigue:
\vskip1.000000\baselineskip
| Modulo tensil (10^{5} psi) | 7,17 (ASTM D638) |
| Fuerza tensil de ruptura (psi) | 6860(ASTM D638) |
| Elongación final (%) | <5 (ASTM D638) |
| Fuerza de flexión (psi) | 12.200 (ASTM D790) |
| Módulo de flexión (10^{5} psi) | 7,50 (ASTM D790) |
\vskip1.000000\baselineskip
Otras realizaciones están dentro de las
reivindicaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet JP 63033448 B
\bullet US 3697364 A
\bullet WO 0029183 A
\bullet US 4244847 A
\bullet US 4791020 A
\bullet WO 9706942 A
\bullet US 5331087 A.
\bulletPERRY'S. Chem. Eng.
Handbook. 1984, 8-29.
Claims (24)
1. Una composición que comprende un material
fibroso texturizado que comprende un material celulósico o
lignocelulósico que ha sido cortado hasta el punto de que las
fibras internas queden sustancialmente expuestas; y
un compuesto químico o formulación química.
2. La composición de la reivindicación 1, en la
cual la composición está combinada con un sólido y/o líquido.
3. La composición de la reivindicación 2, en la
cual el sólido está granulado, particulado o en polvo.
4. La composición de la reivindicación 2, en la
cual el sólido comprende semillas de plantas.
5. La composición de la reivindicación 2, en la
cual el sólido comprende un alimento.
6. La composición de la reivindicación 2, en la
cual el sólido comprende una bacteria.
7. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
compuesto farmacéutico.
8. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
compuesto agrícola.
9. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
fertilizante.
10. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
pesticida.
11. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
herbicida.
12. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende una
enzima.
13. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
anticonceptivo.
14. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
nutriente.
15. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el compuesto químico o formulación química comprende un
antibiótico.
16. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el material celulósico o lignocelulósico es seleccionado entre
el grupo que consta de papel, productos del papel, derivados de la
fabricación de papel, papel de periódicos, residuos de la
fabricación del papel, madera, fibras de madera, material
relacionado con la madera, kenaf, grasas, cortezas de arroz,
bagazo, algodón, yute, cáñamo, lino, fibras de floema del bambú,
fibras de la médula del bambú, hojas de plantas, sisal, ábaco,
fibras agrícolas, paja de cereal, masa de maíz, filamentos,
desechos, fragmentos de cocos, y mezclas de éstos.
17. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el material celulósico o lignocelulósico es un tablero de
pulpa.
18. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el material celulósico o lignocelulósico es un material
sintético.
19. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el material celulósico o lignocelulósico es un material no
tejido.
20. La composición de la reivindicación 1, en la
cual al menos el 50% de las fibras aproximadamente tiene una
proporción longitud/diámetro de al menos 5.
21. La composición de la reivindicación 1, en la
cual al menos el 50% de las fibras aproximadamente tiene una
proporción longitud/diámetro de al menos 25.
22. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el material fibroso texturizado tiene una densidad aparente de
0,2 g/cm^{3} aproximadamente.
23. La composición de la reivindicación 1, en la
cual el material fibroso texturizado tiene una densidad aparente de
0,5 g/cm^{3} aproximadamente.
24. Un método que comprende:
- el corte de un material celulósico o lignocelulósico hasta un punto en que sus fibras internas queden expuestas sustancialmente para proporcionar un material fibroso texturizado y;
- la combinación del material fibroso texturizado con un compuesto químico o formulación química.
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