ES2320158T3 - Estructuras fibrosas que comprenden un aditivo en forma de nanoparticulas. - Google Patents
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Abstract
Un método para producir una estructura fibrosa acabada que comprende un aditivo sólido en forma de nanopartícula, en donde el aditivo sólido está presente en una superficie de la estructura fibrosa acabada a un nivel en peso superior a dentro de la estructura fibrosa acabada, estando dicho método caracterizado porque comprende la etapa de aplicar el aditivo sólido en forma de nanopartícula en una forma sólida.
Description
Estructuras fibrosas que comprenden un aditivo
en forma de nanopartículas.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Las presente invención se refiere a un método
para producir estructuras fibrosas que comprenden un aditivo en
forma de nanopartícula. La presente invención se refiere a
estructuras fibrosas acabadas que comprenden un aditivo sólido en
forma de nanopartícula y/o productos higiénicos de papel tisú que
comprenden dichas estructuras fibrosas acabadas.
Las estructuras fibrosas, especialmente las
estructuras fibrosas acabadas hilachosas suaves de baja densidad
y/o productos higiénicos de papel tisú que comprenden dichas
estructuras fibrosas acabadas, por ejemplo, papel higiénico y/o
toallitas de papel y/o tejido facial, que comprenden aditivos son
bien conocidos en la técnica.
De forma tradicional, se han incorporado
aditivos en estructuras fibrosas mediante adición de aditivos a las
suspensiones acuosas fibrosas antes de conformar las estructuras
fibrosas.
Otros métodos conocidos para añadir aditivos a
estructuras fibrosas incluyen el suministro de aditivos a las
estructuras fibrosas mediante vehículos o portadores líquidos,
especialmente acuosos. La patente EP 1 055 775 describe un método
para tratar papel tisú utilizando un agente tratante basado en agua.
La patente EP 0 950 391 describe una hoja cosmética que se puede
preparar mediante pulverización, inmersión o recubrimiento de una
hoja con una composición líquida que comprende un medio acuoso y al
menos un polvo seleccionado de polímeros sintéticos y minerales
naturales dispersados en el medio.
De forma alternativa, se han suministrado
algunos aditivos a estructuras fibrosas en una etapa de poner en
contacto, tal como imprimiendo los aditivos en las estructuras
fibrosas mediante cilindros o rodillos, tales como rodillos de
rotograbado, y/o aplicando con brocha los aditivos sobre las
estructuras fibrosas y/o transfiriendo los aditivos desde alambres
y/o correas/tejidos durante el proceso de elaboración de papel.
Con todos los procesos del estado de la técnica
descritos anteriormente, existen problemas, tanto en los productos
como en los procesos. En particular, el proceso de aplicar con
brocha asocia de forma débil el aditivo a la estructura fibrosa de
manera que el valor de deshilachado promedio de dicha estructura
fibrosa es extremadamente alto y no fácilmente aceptable por los
consumidores.
Además, los aditivos añadidos a estructuras
fibrosas del estado de la técnica son relativamente grandes en
cuanto a su tamaño de partículas promedio.
Por tanto, se precisa una estructura fibrosa,
especialmente una estructura fibrosa acabada y/o producto higiénico
de papel tisú que comprenda dicha estructura fibrosa acabada, tal
como papel higiénico y/o toallita de papel, en donde la estructura
fibrosa comprenda una fibra y un aditivo en forma de
nanopartícula.
La presente invención cubre las necesidades
descritas anteriormente al proporcionar un método para producir una
estructura fibrosa que comprende un aditivo en forma de
nanopartícula.
En un ejemplo de la presente invención, se
proporciona una estructura fibrosa acabada que comprende un aditivo
sólido en forma de nanopartícula producida mediante el método.
En otro ejemplo de la presente invención, se
proporciona un producto higiénico de papel tisú monocapa o multicapa
que comprende una estructura fibrosa acabada según la presente
invención.
Por tanto, la presente invención proporciona
estructuras fibrosas, especialmente estructuras fibrosas acabadas
que comprenden un aditivo en forma de nanopartícula y/o productos
higiénicos de papel tisú que comprenden dichas estructuras fibrosas
acabadas.
La Fig. 1 es una representación en perspectiva
esquemática de un ejemplo de una estructura fibrosa producida según
la presente invención;
la Fig. 2 es un corte transversal de la
estructura fibrosa de la Fig. 1 tomado a lo largo de la línea
2-2;
la Fig. 3 es una representación en perspectiva
esquemática de un ejemplo de un producto higiénico de papel tisú
multicapa según la presente invención con una vista transversal
parcial para exponer el punto de contacto entre las capas del
producto de tejido higiénico multicapa;
\global\parskip1.000000\baselineskip
la Fig. 4 es un corte transversal del producto
higiénico de papel tisú multicapa de la Fig. 3 tomado a lo largo de
la línea 4-4; y
la Fig. 5 es un ejemplo alternativo de un corte
transversal de la Fig. 4.
En la presente memoria, "aditivo" significa
un material que está presente en y/o sobre una estructura fibrosa a
niveles bajos. Por ejemplo, un aditivo es un material que está
presente en y/o sobre una estructura fibrosa a niveles de menos de
50% y/o menos de 45% y/o menos de 40% y/o menos de 30% y/o menos de
20% y/o menos de 10% y/o menos de 5% y/o menos de 3% y/o menos de
1% y/o menos de 0,5% a aproximadamente 0%, en peso de la estructura
fibrosa.
En la presente memoria, "aditivo en forma de
nanopartícula" significa un aditivo que presenta un tamaño de
partículas promedio de menos de aproximadamente 1 \mum y/o menos
de aproximadamente 0,9 \mum (900 nm) y/o menos de aproximadamente
0,5 \mum (500 nm) y/o menos de aproximadamente 0,4 \mum (400 nm)
y/o de aproximadamente 1 \mum a aproximadamente 0,005 (5 nm) y/o
de aproximadamente 900 nm a aproximadamente 100 nm y/o de
aproximadamente 800 nm a aproximadamente 200 nm.
En la presente memoria, "aditivo sólido"
significa un aditivo que es capaz de ser aplicado a una superficie
de una estructura fibrosa en una forma sólida. En otras palabras, el
aditivo sólido de la presente invención puede ser administrado
directamente a una superficie de una estructura fibrosa sin que esté
presente una fase líquida, es decir, sin fundir el aditivo sólido y
sin suspender el aditivo sólido en un vehículo o portador líquido.
Como tal, el aditivo sólido de la presente invención no requiere un
vehículo o portador líquido o en estado líquido para ser
suministrado a una superficie de una estructura fibrosa. El aditivo
sólido de la presente invención puede ser suministrado mediante un
gas o combinaciones de gases. Para los fines de la presente
invención, el suministro de un aditivo, líquido y/o sólido, a una
suspensión acuosa de fibras utilizada para producir una estructura
fibrosa no está abarcado por esta expresión. No obstante, un aditivo
de este tipo puede estar presente en una estructura fibrosa acabada
siempre que la estructura fibrosa acabada comprenda también un
aditivo sólido según se define en la presente memoria. Además, un
aditivo, líquido y/o sólido, suministrado a una estructura fibrosa
mediante un vehículo líquido, tal como una emulsión de látex, puede
estar presente en una estructura fibrosa acabada siempre que la
estructura fibrosa acabada también comprenda un aditivo sólido
según se define en la presente memoria. Además, un aditivo, líquido
y/o sólido, suministrado a una estructura fibrosa mediante fusión,
tal como un adhesivo de fusión en caliente, puede estar presente en
una estructura fibrosa acabada siempre que la estructura fibrosa
acabada comprenda también un aditivo sólido según se define en la
presente memoria. De forma más simplificada, un aditivo sólido es un
aditivo que cuando se coloca en un recipiente, no adopta la forma
del recipiente.
En la presente memoria, "densidad" o
"densidad aparente" significa la masa por unidad de volumen de
un material. Para las estructuras fibrosas, la densidad o densidad
aparente se puede calcular dividiendo el peso por unidad de
superficie de una muestra de estructura fibrosa por el espesor de la
muestra de estructura fibrosa, incorporando en el cálculo las
conversiones apropiadas. La densidad y/o densidad aparente
utilizadas en la presente memoria tienen la unidad de g/cm^{3}.
La densidad de un material, tal como un aditivo sólido según la
presente invención, se determina según el método de ensayo de
densidad descrito en la presente memoria. De nuevo, la unidad de
densidad de un material utilizada en la presente memoria es
g/cm^{3}.
En la presente memoria, el "tamaño de
partículas promedio" o la "media del tamaño de las
partículas" de un material, tal como un aditivo sólido según la
presente invención, se determina según el método de ensayo del
tamaño de partículas promedio descrito en la presente memoria. La
unidad utilizada en la presente memoria para el tamaño de
partículas promedio es \mum.
La "esfericidad", simbolizada como
"\Phi_{s}", es un término que en la presente memoria se
refiere a la forma de un aditivo sólido. La esfericidad se define
como:
\Phi _{s} =
\frac{6 \nu _{p}}{D _{S} S
_{p}}
en donde: D_{p} equivale al
diámetro esférico de un aditivo sólido, S_{p} es la superficie
específica del aditivo sólido y \mu_{p} es el volumen del
aditivo sólido. El diámetro esférico equivalente se define como el
diámetro de una esfera que tiene el mismo volumen que el aditivo
sólido. D_{p} se aproxima estrechamente mediante el tamaño
nominal basado en análisis granulométrico por tamizado o análisis
microscópico. Los expertos en la técnica reconocerán que la
superficie específica se puede determinar fácilmente mediante
mediciones de adsorción o a partir de la caída de presión en un
lecho de aditivo sólidos. La esfericidad varía entre 0 y 1. Un
aditivo sólido perfectamente esférico presenta una esfericidad de 1;
las desviaciones de esfera perfecta, por ejemplo, materiales
laminares tales como mica, arcilla o talco, poseen esfericidad mucho
menor.
En la presente memoria, "fibra" significa
un material en forma de partículas alargadas que tienen una longitud
aparente mucho mayor que su diámetro aparente, es decir, una
relación entre longitud y diámetro de al menos aproximadamente 10.
Una fibra puede ser un aditivo sólido. Son comunes las fibras que
tienen una sección transversal no circular; se puede considerar que
el "diámetro" en este caso es el diámetro de un círculo que
tiene área de sección transversal igual al área de sección
transversal de la fibra. Más específicamente, en la presente
memoria "fibra" se refiere a fibras para elaborar papel. La
presente invención contempla el uso de una variedad de fibras para
elaborar papel, tales como, por ejemplo, fibras naturales o fibras
sintéticas, o cualquier otra fibra adecuada y cualquier combinación
de las mismas.
Fibras naturales para elaborar papel útiles en
la presente invención incluyen fibras animales, fibras minerales,
fibras vegetales y mezclas de las mismas. Fibras animales se pueden
seleccionar, por ejemplo, del grupo que consiste en: lana, seda y
mezclas de las mismas. Fibras vegetales se pueden derivar, por
ejemplo, de una planta seleccionada del grupo que consiste en:
madera, algodón, línters de algodón, lino, sisal, abacá, cáñamo,
hesperaloe, yute, bambú, bagazo, kudzu, maíz, sorgo, calabaza,
agave, lufa y mezclas de las mismas.
Las fibras de madera, a menudo denominadas
pastas de madera, incluyen pastas químicas tales como pastas de
kraft (sulfato) y al sulfito, así como pastas mecánicas y
semiquímicas incluyendo, por ejemplo, pasta mecánica de
desfibrador, pasta termomecánica, pasta
químico-mecánica (CMP), pasta
químico-termomecánica (CTMP), pasta al sulfito
semiquímica neutra (NSCS). Se pueden preferir las pastas químicas,
no obstante, pues transmiten una sensación táctil de suavidad
superior a las hojas de papel tisú hechas a partir de las mismas. Se
pueden utilizar pastas derivadas de árboles de hoja caduca (a
continuación, denominados también "madera dura") y de árboles
coníferos (a continuación, denominados también "madera
blanda"). Las fibras de madera dura y de madera blanda pueden
estar mezcladas o, de forma alternativa, depositadas en capas para
obtener una banda estratificada y/o laminada. Las patentes
US-4.300.981 y US-3.994.771
describen laminado de fibras de madera dura y madera blanda.
También se pueden aplicar a la presente invención fibras derivadas
de papel reciclado, que puede contener cualquiera o todas las
categorías anteriores así como otros materiales no fibrosos tales
como cargas y adhesivos utilizados para facilitar la elaboración de
papel original.
Las fibras de pasta de madera pueden ser cortas
(típicas de fibras de madera dura) o largas (típicas de fibras de
madera blanda). Ejemplos no limitativos de fibras cortas incluyen
fibras derivadas de fuentes de fibra seleccionadas del grupo que
consiste en acacia, eucalipto, arce, roble, álamo temblón, abedul,
álamo, aliso, fresno, cerezo, olmo, nogal americano, álamo blanco,
árbol del caucho, nogal, robinia, sicomoro, haya, catalpa,
sasafrás, gmelina, albizia, Anthocephalus y magnolia. Ejemplos no
limitativos de fibras largas incluyen fibras derivadas de pino,
abeto, tamarack, tsuga oriental, ciprés y cedro. Se pueden preferir
las fibras de madera blanda derivadas de procesos kraft y
originadas en climas más norteños. Estas fibras se denominan a
menudo pastas kraft de madera blanda (NSK).
Las fibras sintéticas se pueden seleccionar del
grupo que consiste en: fibras hiladas en húmedo, fibras hiladas en
seco, fibras hiladas fundidas (incluyendo fundidas por soplado),
fibras de pasta sintética y mezclas de las mismas. Las fibras
sintéticas pueden comprender, por ejemplo, celulosa (a menudo
denominada "rayón"); derivados de celulosa tales como ésteres,
éter o derivados nitrosos; poliolefinas (incluyendo polietileno y
polipropileno); poliésteres (incluyendo poli(tereftalato de
etileno)); poliamidas (a menudo denominadas "nylon");
acrílicos; carbohidratos poliméricos no celulósicos (tales como
almidón, quitina y derivados de quitina tales como quitosana), y
mezclas de los mismos.
Los términos "longitud de fibra",
"longitud de fibra promedia" y "longitud de fibra media
ponderal" se utilizan de forma intercambiable en la presente
memoria y todos están previstos para representar la "longitud de
fibra promedia ponderada por longitud" según se determina, por
ejemplo, mediante un analizador de fibras Kajaani FiberLab
comercializado por Metso Automation, Kajaani Finlandia. Las
instrucciones suministradas con la unidad detallan la fórmula
utilizada para llegar a este promedio. El método recomendado para
medir la longitud de fibra utilizando este instrumento es
prácticamente el mismo que el detallado por el fabricante del
FiberLab en su manual de operación. Las consistencias recomendadas
para cargar el FiberLab son algo menores que las recomendadas por
el fabricante pues así se consigue una operación más fiable. Las
aportaciones de fibra corta, según se define en la presente
memoria, deben ser diluidas al 0,02-0,04% antes de
cargar el instrumento. Las aportaciones de fibra larga, según se
define en la presente memoria, deben ser diluidas al 0,15%-0,30%.
De forma alternativa, la longitud de fibra se puede determinar
enviando las fibras cortas a un laboratorio independiente, tal como
Integrated Paper Services, Appleton, Wisconsin.
Ejemplos no limitativos de fibras adecuadas
utilizadas en la presente invención incluyen fibras que presentan
una longitud de fibra promedia de menos de aproximadamente 5 mm y/o
menos de aproximadamente 3 mm y/o menos de aproximadamente 1,2 mm
y/o menos de aproximadamente 1,0 mm y/o de aproximadamente 0,4 mm a
aproximadamente 5 mm y/o de aproximadamente 0,5 mm a
aproximadamente 3 mm y/o de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente
1,2 mm y/o de aproximadamente 0,6 mm a aproximadamente 1,0 mm.
En la presente memoria, "estructura
fibrosa" significa una estructura que comprende una o más fibras.
Ejemplos no limitativos de procesos para elaborar estructuras
fibrosas incluyen procesos conocidos para elaborar papel mediante
tendido en húmedo y procesos para elaborar papel mediante tendido al
aire. Estos procesos incluyen de forma típica etapas de preparar
una composición de fibras, a menudo denominada suspensión acuosa de
fibras en procesos de tendido en húmedo, tanto húmedas como secas,
y después depositar una pluralidad de fibras sobre un alambre o
correa de conformación de manera que se forme una estructura fibrosa
embriónica, secar y/o ligar las fibras entre sí de manera que se
forme una estructura fibrosa y/o procesar de forma adicional la
estructura fibrosa de manera que se forme una estructura fibrosa
acabada. Por ejemplo, en procesos para elaborar papel típicos, la
estructura fibrosa acabada es la estructura fibrosa que se enrolla
sobre el carrete al final de la elaboración de papel, pero antes de
ser convertida en un producto higiénico de papel tisú. Los expertos
en la técnica podrán apreciar que el papel fino, tal como papel para
escribir y/u otro papel que no es adecuado de forma típica para su
uso en productos higiénicos de papel tisú, puede ser excluido del
ámbito de la presente invención, especialmente porque el valor de
deshilachado típico de tal papel "fino" es inferior a 1. En un
ejemplo, la estructura fibrosa es una estructura fibrosa tendida en
húmedo.
El "producto higiénico de papel tisú"
comprende una o más estructuras fibrosas acabadas, convertidas o no,
y es útil como utensilio limpiador para limpieza
post-urinaria y post-deposición
intestinal (papel higiénico), para descargas otorrinolaringológicas
(tejido facial) y para usos limpiadores y absorbentes
multifuncionales (toallitas absorbentes).
La expresión "peso por unidad de
superficie" en la presente memoria es el peso por unidad de área
de una muestra indicado en lbs/3.000 ft^{2} o g/m^{2}. El peso
por unidad de superficie se mide preparando una o más muestras de
un área determinada (m^{2}) y midiendo la(s)
muestra(s) de una estructura fibrosa según la presente
invención y/o un producto higiénico de papel tisú que comprende
dicha estructura fibrosa en una balanza de carga superior con una
resolución mínima de 0,01 g. La balanza se protege de corrientes de
aire y otras alteraciones mediante un elemento barrera. Los pesos
se registran una vez que las lecturas en la balanza son constantes.
Se calcula el peso promedio (g) y se mide el área promedia (m^{2})
de las muestras. El peso por unidad de superficie (g/m^{2}) se
calcula dividiendo el peso promedio (g) entre el área promedia de
las muestras (m^{2}).
La expresión "dirección de la máquina" o
"MD" en la presente memoria significa la dirección paralela al
flujo de la estructura fibrosa a través de la máquina para elaborar
papel y/o equipo para fabricar productos.
La expresión "dirección transversal a la
máquina" o "CD" en la presente memoria significa la
dirección perpendicular a la dirección de la máquina en el mismo
plano de la estructura fibrosa y/o producto higiénico de papel tisú
que comprende la estructura fibrosa.
La "resistencia a la tracción en seco" (o
simplemente "resistencia a la tracción" en la presente memoria)
de una estructura fibrosa y/o producto higiénico de papel tisú se
mide de la siguiente manera. Se proporcionan tiras de 2,5 cm X 12,7
cm (una (1) pulgada por cinco (5) pulgadas) de estructura fibrosa
y/o producto higiénico de papel tisú. Se coloca la tira en un
modulómetro electrónico modelo 1122 comercializado por Instron
Corp., Canton, Massachusetts, en una sala acondicionada a una
temperatura de aproximadamente 28ºC \pm 2,2ºC (73ºF \pm 4ºF) y a
una humedad relativa de 50% \pm 10%. La velocidad de cruceta del
modulómetro es aproximadamente 5,1 cm/min (2,0 pulgadas por minuto)
y la longitud del calibre es de aproximadamente 10,2 cm (4,0
pulgadas). La resistencia a la tracción en seco se puede medir en
cualquier dirección mediante este método. La "resistencia a la
tracción en seco total" o "TDT" es el caso especial
determinado por el total aritmético de las resistencias a la
tracción MD y CD de las tiras.
El "estiramiento con carga máxima" (o
simplemente "estiramiento") en la presente memoria se determina
mediante la siguiente fórmula:
\frac{\text{Longitud de
estructura fibrosa} _{PL} - \text{Longitud de estructura fibrosa}
_{I}}{\text{Longitud de estructura fibrosa} _{I}} \ X
100
en
donde:
Longitud de estructura fibrosa_{PL} es la
longitud de la estructura fibrosa con carga máxima;
Longitud de estructura fibrosa_{I} es la
longitud inicial de la estructura fibrosa antes del
estiramiento;
Se observa la longitud de la estructura
fibrosa_{PL} y la longitud de la estructura fibrosa_{I} mientras
se realiza una medición de tracción como se ha indicado
anteriormente. El modulómetro calcula el estiramiento con carga
máxima. Básicamente, el modulómetro calcula los estiramientos
mediante la fórmula anterior.
"Espesor" en la presente memoria significa
el espesor macroscópico de una muestra. El espesor de una muestra
de estructura fibrosa según la presente invención se determina
cortando una muestra de la estructura fibrosa de manera que sea de
mayor tamaño que una superficie de carga de pie de carga donde la
superficie de carga del pie de carga tiene una superficie
específica circular de aproximadamente 20,3 cm^{2} (3,14
in^{2}). La muestra se confina entre una superficie plana
horizontal y la superficie de carga del pie de carga. La superficie
de carga del pie de carga aplica una presión de confinamiento a la
muestra de 1,45 kPa (15,5 g/cm^{2} (aproximadamente 0,21 psi)).
El calibre es el vacío resultante entre la superficie plana y la
superficie de carga del pie de carga. Estas mediciones se pueden
obtener en un comprobador de espesor electrónico VIR, modelo II,
comercializado por Thwing-Albert Instrument Company,
Philadelphia, PA. La medición del espesor se repite y registra al
menos cinco (5) veces de manera que se pueda calcular un espesor
promedio. El resultado se expresa en milímetros.
La "superficie de una estructura fibrosa
acabada" en la presente memoria significa la parte de la
estructura fibrosa acabada que está expuesta al entorno externo. En
otras palabras, la superficie de una estructura fibrosa acabada es
la parte de la estructura fibrosa acabada que no está completamente
rodeada por otras partes de la estructura fibrosa acabada.
El término "capa" o "capas" en la
presente memoria significa una estructura fibrosa acabada individual
que se va a disponer de forma opcional en una relación
prácticamente contigua de cara a cara con otras capas, conformando
un producto de estructura fibrosa acabada y/o producto higiénico de
papel tisú de múltiples capas. También se contempla que una única
estructura fibrosa puede formar eficazmente dos "capas" o
múltiples "capas", por ejemplo, estando plegada sobre sí
misma.
Todos los porcentajes y relaciones se calculan
en peso salvo que se indique lo contrario. Todos los porcentajes y
relaciones se calculan con respecto a la composición total salvo que
se indique lo contrario.
Salvo que se indique lo contrario, todos los
niveles del componente o de la composición se refieren a un nivel
activo de ese componente o composición excluidas las impurezas, por
ejemplo, disolventes residuales o subproductos, que pueden estar
presentes en las fuentes comerciales.
Como muestra la Fig. 1, en un ejemplo de la
presente invención, una estructura fibrosa (10) acabada comprende
un componente (12) de fibra que comprende una fibra (14) y un
componente (16) de aditivo que comprende un aditivo (18) sólido. El
aditivo (18) sólido puede estar unido, de forma física y/o química,
a una o más fibras (14).
La estructura fibrosa (10) acabada puede
comprender una primera superficie (20) y una segunda superficie (22)
opuesta a la primera superficie (20) como muestra la Fig. 2. El
aditivo (18) sólido puede estar presente en una superficie de la
estructura fibrosa acabada, tal como la primera superficie (20), a
un nivel en peso superior que dentro de la estructura fibrosa (10)
acabada, según el método de ensayo para determinar la concentración
superficial de aditivo sólido.
Con fines de explicación y/o claridad, los
aditivos (18) sólidos se muestran en una naturaleza dispersa, pero
la concentración de aditivos (18) sólidos en la primera superficie
(20) de la estructura fibrosa (10) acabada y/o la segunda
superficie (22) de la estructura fibrosa (10) acabada puede ser tal
que la totalidad de la superficie específica o casi la totalidad
del área superficial de la primera superficie (20) y/o la segunda
superficie (22) puede estar en contacto con los aditivos (18)
sólidos.
Como muestra la Fig. 3, en un ejemplo de la
presente invención, un producto (24) higiénico de papel tisú
multicapa comprende una primera capa de una estructura fibrosa (26)
acabada y una segunda capa de una estructura fibrosa (28) acabada.
La primera capa (26) comprende una estructura fibrosa acabada según
la presente invención, tal como se muestra y describe en las Fig. 1
y 2. Una superficie de la primera capa (26) que comprende el aditivo
(18) sólido puede formar una superficie interior del producto (24)
higiénico de papel tisú multicapa, como muestran las Fig. 3 y 4, o
una superficie exterior del producto (24') higiénico de papel tisú
multicapa, como muestra la Fig. 5. En un ejemplo, la segunda capa
de una estructura fibrosa (28) acabada puede comprender una
estructura fibrosa acabada según la presente invención. Su
orientación dentro del producto (24) higiénico de papel tisú
multicapa puede ser similar o diferente de la de la primera capa
(26). Aunque las Fig. 3-5 ilustran solamente un
producto higiénico de papel tisú multicapa de dos capas, el experto
en la técnica apreciará que los productos higiénicos de papel tisú
de tres capas y otros multicapa están abarcados por la presente
invención.
El aditivo sólido puede estar presente en una
superficie de una estructura fibrosa acabada en un diseño aleatorio
o uniforme. Un aditivo sólido puede estar presente en una superficie
de una estructura fibrosa acabada en un diseño aleatorio y un
aditivo sólido diferente puede estar presente en la superficie en un
diseño uniforme.
Tipos no limitativos de estructuras fibrosas
acabadas según la presente invención incluyen estructuras fibrosas
prensadas de fieltro de forma convencional, estructuras fibrosas
densificadas con diseños y estructuras fibrosas no compactadas de
elevado volumen. Las estructuras fibrosas puede ser de estructura
homogénea o multilaminada (dos o tres o más capas) y los productos
higiénicos de papel tisú hechos a partir de las mismas pueden ser
de estructura monocapa o multicapa.
Las estructuras fibrosas acabadas y/o productos
higiénicos de papel tisú de la presente invención pueden presentar
un peso por unidad de superficie de entre aproximadamente 10
g/m^{2} a aproximadamente 120 g/m^{2} y/o de aproximadamente 14
g/m^{2} a aproximadamente 80 g/m^{2} y/o de aproximadamente 20
g/m^{2} a aproximadamente 60 g/m^{2}.
Las estructuras fibrosas acabadas y/o productos
higiénicos de papel tisú de la presente invención pueden presentar
una resistencia a la tracción en seco total superior a
aproximadamente 59 g/cm (150 g/in) y/o de aproximadamente 78 g/cm
(200 g/in) a aproximadamente 394 g/cm (1.000 g/in) y/o de
aproximadamente 98 g/cm (250 g/in) a aproximadamente 335 g/cm (850
g/in).
La estructura fibrosa acabada y/o producto
higiénico de papel tisú de la presente invención puede presentar
una densidad de menos de aproximadamente 0,60 g/cm^{3} y/o menos
de aproximadamente 0,30 g/cm^{3} y/o menos de aproximadamente
0,20 g/cm^{3} y/o menos de aproximadamente 0,10 g/cm^{3} y/o
menos de aproximadamente 0,07 g/cm^{3} y/o menos de
aproximadamente 0,05 g/cm^{3} y/o de aproximadamente 0,01
g/cm^{3} a aproximadamente 0,20 g/cm^{3} y/o de aproximadamente
0,02 g/cm^{3} a aproximadamente 0,10 g/cm^{3}.
Las estructuras fibrosas acabadas y/o productos
higiénicos de papel tisú de la presente invención pueden presentar
un estiramiento con carga máxima de al menos aproximadamente 10% y/o
al menos aproximadamente 15% y/o al menos aproximadamente 20% y/o
de aproximadamente 10% a aproximadamente 70% y/o de aproximadamente
10% a aproximadamente 50% y/o de aproximadamente 15% a
aproximadamente 40% y/o de aproximadamente 20% a aproximadamente
40%.
Los aditivos sólidos presentes en las
estructuras fibrosas acabadas de la presente invención y/o productos
higiénicos de papel tisú que comprenden dichas estructuras fibrosas
acabadas pueden estar asociados con las estructuras fibrosas
acabadas de tal manera que poco o ningún aditivo sólido se separa de
las estructuras fibrosas acabadas como polvo.
En un ejemplo, la estructura fibrosa acabada de
la presente invención es una estructura fibrosa densificada con
diseño caracterizada por tener una región de elevado volumen de
densidad de fibra relativamente baja y una serie de regiones
densificadas de densidad de fibra relativamente alta. El campo de
elevado volumen se caracteriza como un campo de regiones de
almohada. Las zonas densificadas reciben el nombre de regiones de
nudillo. Las regiones de nudillo presentan densidad superior a las
regiones de almohada. Las zonas densificadas pueden estar separadas
de forma discreta en el interior del campo de elevado volumen o
pueden estar interconectadas, total o parcialmente, en el interior
del campo de elevado volumen. De forma típica, de aproximadamente 8%
a aproximadamente 65% de la superficie de estructura fibrosa
comprende nudillos densificados, los nudillos pueden presentar una
densidad relativa de al menos 125% de la densidad del campo de
elevado volumen. Los procesos para elaborar estructuras fibrosas
densificadas con diseño son bien conocidos en la técnica como
ilustran las patentes US-3.301.746,
US-3.974.025, US-4.191.609 y
US-4.637.859.
La estructura fibrosa acabada puede presentar
regiones de densidad superior en comparación con otras regiones del
interior de la estructura fibrosa acabada y un aditivo sólido puede
estar presente en las regiones de densidad superior a un nivel en
peso superior al nivel de porcentaje en peso del aditivo sólido en
las demás regiones de la estructura fibrosa acabada. Por ejemplo,
el aditivo sólido puede estar presente en las regiones de nudillo
de una estructura fibrosa acabada a un nivel de porcentaje en peso
diferente que en las regiones de almohada de la estructura fibrosa
acabada.
Ejemplos no limitativos de aditivos sólidos en
forma de nanopartícula adecuados pueden seleccionarse del grupo que
consiste en: cargas, tintas, tintes, medicinas, opacificantes,
abrasivos, adhesivos, aditivos de resistencia en húmedo, aditivos
de resistencia en seco, coadyuvantes de control de olores (tales
como carbón activado y/o carbón vegetal y/o zeolitas), coadyuvantes
para la absorbencia, lociones, suavizantes, partículas con reducida
energía superficial, agentes modificadores de la fricción
superficial, agentes antivirucidas, agentes de perfume, agentes
para el cuidado de la piel, polímeros de carbohidrato, agentes
antibacterianos, polímeros hidrófobos y mezclas de los mismos.
En un ejemplo, el aditivo sólido es un material
hidroactivado. En otras palabras, el aditivo sólido cambia sus
propiedades químicas y/o físicas al ser expuesto a un determinado
nivel de un líquido, tal como agua.
En otro ejemplo, el aditivo sólido es un
material activado térmicamente. En otras palabras, el aditivo sólido
cambia sus propiedades químicas y/o físicas al ser expuesto a una
temperatura determinada.
Ejemplos no limitativos de cargas incluyen
arcillas y/o talco. Ejemplos no limitativos de arcillas adecuadas
incluyen arcillas de tipo caolina, arcillas de tipo bentonita (p.
ej., arcillas de tipo laponita comercializadas por Southern Clay) y
mezclas de las mismas. Las arcillas pueden estar modificadas, tal
como modificadas químicamente y/o modificadas físicamente, o pueden
estar sin modificar.
Ejemplos no limitativos de opacificantes
incluyen dióxido de titanio.
Ejemplos no limitativos de adhesivos, que
también pueden funcionar como agentes de resistencia en seco y/o en
húmedo, incluyen polímeros termoplásticos, ejemplos no limitativos
de los cuales incluyen poliolefinas, poliésteres, poliamidas,
poliuretanos y mezclas de los mismos y/o polímeros
termoendurecibles, ejemplos no limitativos de los cuales incluyen
poliésteres, poliuretanos, epoxi y mezclas de los mismos.
Ejemplos no limitativos de coadyuvantes para la
absorbencia incluyen materiales superabsorbentes, ejemplos no
limitativos de los cuales incluyen éteres de celulosa reticulada,
poliacrilatos y mezclas de los mismos.
Ejemplos no limitativos de partículas con
reducida energía superficial incluyen partículas de polímero
fluorocarbonado, partículas de polímero de silicona y mezclas de
las mismas. En un ejemplo, la partícula de polímero fluorocarbonado
comprende politetrafluoroetileno (PTFE). En un ejemplo, la partícula
de polímero de silicona comprende polidimetilsiloxano.
Ejemplos no limitativos de polímeros hidrófobos
incluyen poliuretanos aniónicos, catiónicos, no iónicos y de
anfóteros, acrílicos de poliuretano,
poliuretano-polivinilpirrolidonas, poliésteres,
poliéster-poliuretanos, poliesteramidas,
poliésteres de cadena grasa en donde la cadena grasa comprende al
menos doce (12) átomos de carbono, resinas de poliamida, adipatos
de etilenglicol, adipatos de polietilenglicol, productos de reacción
de copolímeros aleatorios de óxido de alquileno y alcohol,
politrietilenglicoles, polietilenglicoles y mezclas de los
mismos.
Ejemplos no limitativos de polímeros de
carbohidrato incluyen almidón, derivados de almidón, celulosa,
derivados de celulosa, guar, xantano, arabinogalactano,
carragenato, quitina, derivados de quitina, quitosana, derivados de
quitosana y mezclas de los mismos.
En un ejemplo, la densidad del aditivo sólido
puede ser de menos de aproximadamente 7 g/cm^{3} y/o menos de
aproximadamente 5 g/cm^{3} y/o menos de aproximadamente 4
g/cm^{3} y/o menos de aproximadamente 3 g/cm^{3} y/o menos de
aproximadamente 2 g/cm^{3} y/o menos de aproximadamente 1
g/cm^{3} a aproximadamente 0,001 g/cm^{3} y/o a aproximadamente
0,01 g/cm^{3} y/o a aproximadamente 0,1 g/cm^{3} y/o a
aproximadamente 0,5 g/cm^{3}.
En un ejemplo, el aditivo sólido presenta una
esfericidad de menos de 1 y/o menos de aproximadamente 0,8 y/o
menos de aproximadamente 0,6 y/o menos de aproximadamente 0,5 y/o
menos de aproximadamente 0,3.
La estructura fibrosa acabada puede comprender
dos o más aditivos sólidos diferentes. Tales aditivos sólidos
diferentes pueden diferir entre sí por su composición química,
relación dimensional, tamaño de partículas promedio, esfericidad
y/o densidad. Al menos uno de los aditivos sólidos puede funcionar
como un agente fluidizador para facilitar la fluidización y mejorar
el suministro a la superficie de la estructura fibrosa de al menos
uno de los demás aditivos sólidos.
La estructura fibrosa acabada puede comprender
un aditivo sólido y un agente fluidizador, en donde el agente
fluidizador presenta una densidad que es superior a la densidad del
aditivo sólido sin el agente fluidizador.
La estructura fibrosa acabada puede comprender
un aditivo sólido y un agente fluidizador, en donde el agente
fluidizador presenta un tamaño de partículas promedio que es
inferior al tamaño de partículas promedio del aditivo sólido sin el
agente fluidizador.
La estructura fibrosa acabada puede comprender
un aditivo sólido y un agente fluidizador, en donde el agente
fluidizador presenta una esfericidad inferior a la esfericidad del
aditivo sólido sin el agente fluidizador.
En un ejemplo, el aditivo sólido comprende un
polímero de carbohidrato, tal como un almidón de aditivo sólido, y
un mineral inorgánico, por ejemplo, arcilla de tipo caolina.
Generalmente, la arcilla, tal como arcilla de tipo caolina,
presenta un tamaño de partículas promedio menor, mayor densidad y
una esfericidad menor que los polímeros de carbohidrato.
Además de los aditivos sólidos, las estructuras
fibrosas acabadas de la presente invención pueden comprender
aditivos no sólidos adecuados que son conocidos en la técnica.
El siguiente ejemplo ilustra la preparación de
un producto higiénico de papel tisú que comprende una estructura
fibrosa acabada según la presente invención en una máquina
Fourdrinier para elaborar estructuras fibrosas de escala
piloto.
Se elabora una suspensión acuosa de NSK de
aproximadamente 3% de consistencia utilizando una repulpeadora
convencional y se pasa a través de un tubo de alimentación hacia la
caja de cabecera de la Fourdrinier.
Para transmitir resistencia en húmedo temporal a
la estructura fibrosa acabada, se prepara una dispersión al 1% de
aditivo de resistencia en húmedo temporal (p. ej., Parez®) y se
añade al tubo de alimentación de NSK a una velocidad suficiente
para suministrar 0,3% de aditivo de resistencia en húmedo temporal
con respecto al peso en seco de las fibras de NSK. La absorción del
aditivo de resistencia en húmedo temporal se mejora pasando la
suspensión acuosa tratada a través de un mezclador en línea.
Se elabora una suspensión acuosa de fibras de
eucalipto de aproximadamente 3% en peso, utilizando una repulpeadora
convencional.
Las fibras de NSK se diluyen con agua blanca en
la entrada de una bomba de cabeza de máquina hasta una consistencia
de aproximadamente 0,15% con respecto al peso total de la suspensión
acuosa de fibras de NSK. Las fibras de eucalipto, asimismo, se
diluyen con agua blanca a la entrada de una bomba de cabeza de
máquina hasta conseguir una consistencia de aproximadamente 0,15%
con respecto al peso total de la suspensión acuosa de fibras de
eucalipto. La suspensión acuosa de eucalipto y la suspensión acuosa
de NSK son dirigidas a una caja de cabecera en niveles capaz de
mantener las suspensiones acuosas como corrientes separadas hasta
que son depositadas sobre un tejido conformador en la
Fourdrinier.
La máquina para elaborar estructuras fibrosas
tiene una caja de cabecera en niveles que tiene una cámara superior,
una cámara central y una cámara inferior. La suspensión acuosa de
fibras de eucalipto se bombea a través de las cámaras superior e
inferior de la caja de cabecera y, de forma simultánea, la
suspensión acuosa de fibras de NSK se bombea a través de la cámara
central de la caja de cabecera y se suministra en relación
superpuesta sobre el alambre de la Fourdrinier para formar sobre el
mismo una banda embriónica de tres capas, donde aproximadamente el
70% está compuesto de las fibras de eucalipto y 30% está compuesto
de las fibras de NSK. Esta combinación da lugar a una longitud de
fibra promedio de aproximadamente 1,6 mm. La desecación ocurre a
través del alambre de la Fourdrinier y está asistida por un
deflector y cajas de vacío. El alambre de la Fourdrinier es de una
configuración de tejido raso de 5 caladas que tiene 87
monofilamentos en dirección de la máquina y 76 monofilamentos en
dirección transversal a la máquina por 2,5 cm (pulgadas),
respectivamente. La velocidad del alambre de la Fourdrinier es
aproximadamente 229 m/min (750 fpm) (pies por minuto).
La banda húmeda embriónica se transfiere desde
el alambre de la Fourdrinier, a una consistencia de fibra de
aproximadamente 15% en el punto de transferencia, a un tejido
secador con diseño. La velocidad del tejido secador con diseño es
la misma que la velocidad del alambre de la Fourdrinier. El tejido
secador está diseñado para producir un tejido densificado con
diseño con zonas desviadas de baja densidad discontinuas dispuestas
en el interior de una red continua de zonas (nudillos) de alta
densidad. Este tejido secador se forma moldeando una superficie de
resina impermeable sobre un tejido de soporte de malla de fibras. El
tejido de soporte es una malla de dos capas de 45 x 52 filamentos.
El espesor del molde de resina es aproximadamente 0,30 mm (12 mils)
por encima del tejido de soporte. Un proceso adecuado para elaborar
el tejido secador con diseño se describe en la solicitud publicada
US 2004/0084167 A1.
Después se lleva a cabo desecación mediante
drenaje asistido con vacío hasta que la banda tiene una consistencia
de fibras de aproximadamente 30%.
Mientras continúa en contacto con el tejido
secador con diseño, la banda se seca previamente mediante secadores
previos de insuflado de aire hasta conseguir una consistencia de
fibras de aproximadamente 65% en peso.
Cuando la banda sale de los secadores de
insuflado, se aplica aditivo sólido utilizando un aplicador
electrostático VersaSpray 2 y controlador SureCoat de Nordson
Corporation of Amherst, Ohio. El aditivo sólido en este ejemplo es
una mezcla de 85% de almidón de maíz y 15% de caolina. El almidón de
maíz es comercializado con el nombre International PFP por
Pocahontas Food Products of Richmond VA. La caolina es
comercializada con el nombre WP Dry por Imerys of Roswell, GA. El
almidón y la caolina se mezclan completamente y se colocan en una
tolva modelo HR-8-80 de Nordson
Corporation. Se utiliza una cantidad mínima de presión de aire (de
0,003 MPa (1/2 psi) a 0,14 MPa (20 psi)) para fluidizar el aditivo
sólido en la tolva.
Se introducen los ajustes de 95 kV y 50 \muA
en el controlador SureCoat para configurar una carga de corona
negativa en la punta del aplicador electrostático VersaSpray 2. Una
bomba Venturi con 5 mm de diámetro de orificio transporta aditivo
sólido de la tolva a la banda. La presión de aire de caudal de 0,14
MPa (20 psi) y la presión de aire de pulverizador de 0,10 MPa (15
psi) proporcionan aproximadamente 175 g/min de aditivo sólido a la
salida de cada bomba Venturi. Se utilizan boquillas pulverizadoras
en abanico con abertura de 2,5 mm X 13 mm para dirigir el flujo de
aditivo sólido a la banda. Las boquillas están separadas en 7,62 cm
(3'') de la banda, de forma ortogonal al plano de la banda, y
apuntan hacia el borde posterior de una ranura rectangular de 1,59
cm (5/8'') en una caja de vacío colocada detrás del tejido secador
con diseño. La pulverización plana de aditivo sólido se alinea de
forma paralela a la dirección transversal de la banda. Se aplica un
vacío de 0,03 MPa (10 pulgadas de Hg) a la caja de vacío. El vacío
captura la mayoría del aditivo sólido que no permanece con la
banda. A una retención de primera pasada de 50%, se aplican
aproximadamente 4 g/m^{2} de aditivos sólidos a los 21 g/m^{2}
de fibra.
La banda semiseca se transfiere entonces a la
secadora Yankee y se adhiere a la superficie de la secadora Yankee
con un secador crespado pulverizado. El adhesivo crespado es una
dispersión acuosa con las sustancias activas que consisten en
aproximadamente 22% de poli(alcohol vinílico),
aproximadamente 11% de CREPETROL A3025 y aproximadamente 67% de
CREPETROL R6390. CREPETROL A3025 y CREPETROL R6390 son
comercializados por Hercules Incorporated of Wilmington, Del. El
adhesivo crespado se suministra a la superficie de la Yankee a una
velocidad de aproximadamente 0,15% de sólidos de adhesivo con
respecto al peso seco de la banda. La consistencia de fibras
aumenta a aproximadamente 97% antes de que la banda es crespada en
seco desde la Yankee con una cuchilla limpiadora.
La cuchilla limpiadora tiene un ángulo de
afilado de aproximadamente 25 grados y está colocada con respecto a
la secadora Yankee para proporcionar un ángulo de impacto de
aproximadamente 81 grados. La secadora Yankee se opera a una
temperatura de aproximadamente 177ºC (350ºF) y una velocidad de
aproximadamente 243,8 m/min (800 fpm). La estructura fibrosa
acabada se enrolla en un rodillo utilizando un tambor de carrete
accionado por superficie que tiene una velocidad superficial de
aproximadamente 199,9 m/min (656 pies por minuto). La estructura
fibrosa acabada puede ser posteriormente convertida en un producto
higiénico de papel tisú de dos capas que tiene un peso por unidad
de superficie de aproximadamente 50 g/m^{2} en un caso con
superficie recubierta con aditivo sólido orientada hacia fuera y en
un segundo caso con superficie recubierta con aditivo sólido
orientada hacia dentro. El valor de deshilachado promedio del
producto higiénico de papel tisú elaborado por conversión con el
aditivo sólido en la superficie exterior es aproximadamente 3. El
valor de deshilachado del producto higiénico de papel tisú
elaborado por conversión con el aditivo sólido en el interior es
aproximadamente 6. Un producto higiénico de papel tisú elaborado de
forma similar, omitiendo la etapa del aditivo sólido e igualando el
peso por unidad de superficie aumentando el peso de NSK y eucalipto
de forma proporcional, tienen un valor de deshilachado de
aproximadamente 7.
Cualquier método que compare cuantitativamente
la concentración superficial del aditivo sólido y la concentración
por debajo de esa superficie es satisfactorio para determinar si una
estructura fibrosa cumple los requisitos de la presente invención.
El método ideal examina una profundidad relativamente delgada de la
estructura fibrosa que corresponde a la superficie objetivo y
compara la concentración de aditivo sólido encontrada en esa
profundidad con la concentración encontrada en la estructura
fibrosa en una profundidad equivalente que se encuentra justo
debajo de esta profundidad de superficie.
La puesta en práctica de este ideal conlleva dos
problemas. El primero es que el análisis cuantitativo de
concentración requiere determinar una relación entre aditivo sólido
y material total. Según la sección que define la superficie se
acerca a profundidad cero, la fracción se acerca a la forma
indeterminada 0/0.
El segundo problema es que se reconoce que las
estructuras fibrosas no tienen una superficie lisa. La superficie
es una geometría fractal que significa que el contorno que sigue la
superficie es cada vez más intrincado cuanto más pequeña sea la
escala utilizada por el observador para examinarlo.
La definición y método de ejemplo siguientes
resuelven estos problemas.
Para los fines de la presente invención, se
puede considerar que una parte de la estructura fibrosa reside en
la superficie de esa estructura si la estructura contiene un plano
paralelo al centro de la estructura y el punto en cuestión secciona
la estructura fibrosa en dos partes de manera que la masa de la
parte del exterior a partir del plano orientada hacia la cara
objetivo es relativamente pequeña en comparación con la cantidad de
masa interior hacia el centro de la estructura.
Para estructuras fibrosas de contenido de fibra
homogéneo, los inventores han descubierto que resulta adecuado que
un plano de este tipo divida la estructura en un plano de superficie
que tiene un porcentaje de masa de al menos aproximadamente 2,5% y
como máximo aproximadamente 6,25% y un plano mayoritario que tiene
un porcentaje de masa de al menos aproximadamente 93,75% y como
máximo aproximadamente 97,5%.
Un ejemplo de método de ensayo es un método de
cinta para extraer capas de fibras y aditivo sólido de una
estructura fibrosa con el fin de identificar la estratificación del
aditivo sólido. Para llevar a cabo este método, se selecciona una
estructura fibrosa, de forma típica una hoja de papel, toalla o
tejido, que esté limpia y exenta de pliegues, arrugas e
imperfecciones.
Se determinan la cara objetivo, la cara opuesta
y la dirección de la máquina de la hoja. La cara objetivo comprende
la superficie de interés en cuanto que lleva de forma potencial el
aditivo sólido dentro de los límites de la presente invención. La
cara opuesta puede también contener aditivo sólido o no.
El tamaño de la muestra debería ser
aproximadamente de 27,9 centímetros (11 pulgadas) a 35,56
centímetros (14 pulgadas) en la dirección transversal a la máquina
para la longitud y de 5,08 centímetros (2 pulgadas) a 15,24
centímetros (6 pulgadas) en la dirección de la máquina para la
anchura.
La muestra de la estructura fibrosa se coloca en
una superficie plana con la cara objetivo hacia arriba. A
continuación, retira de un rollo de cinta una tira de cinta de
aproximadamente 2,5 centímetros (1 pulgada) de anchura. De forma
típica, se utiliza una cinta transparente tal como cinta adhesiva de
la marca Scotch®. En el caso de que el adhesivo de esta cinta
interfiera con el análisis posterior, puede ser sustituida por
cualquier cinta de características de adhesión similares.
La tira de cinta debería ser aproximadamente
10,16 centímetros (4 pulgadas) más larga que la muestra. Se retira
la electricidad estática de la cinta frotando la superficie lisa de
la cinta sobre o con una superficie húmeda suave o corriente de
aire. Se aplica la cara pegajosa libre de electricidad estática de
la cinta a la superficie superior de la muestra que se va a
ensayar. Se centra la cinta en la dirección larga de la muestra y se
baja sobre la hoja de un extremo a otro en un modo de puesta en
contacto suave. Se evitan las bolsas de aire ocluido. La cinta no
es presionada o tocada sobre la superficie. Esta cinta se etiqueta
cara "OBJETIVO".
A continuación, se da la vuelta a la muestra
junto con la cinta. Se pegan los extremos de la cinta sobre la
superficie plana. Se aplica una segunda tira de cinta a la cara
opuesta de la muestra pegada directamente sobre la primera tira de
cinta. Esta cinta se etiqueta cara "OPUESTA".
A continuación, se utiliza un cortador de papel
para recortar 0,317 centímetros (1/8 pulgadas) de cada borde de la
muestra. Se hace rodar una pesa de 2.000 gramos a través de la
longitud de la muestra de cinta sobre la superficie objetivo y la
superficie opuesta, una vez por cada lado. No se ejerce presión
sobre la pesa. La pesa se mueve a una velocidad lenta y uniforme
sobre la superficie de la muestra.
\newpage
Posteriormente, se separan las dos cintas a un
ángulo de aproximadamente 180º y a una velocidad moderada y
uniforme. Las cintas no se arrancan ni retiran con tirón.
La cinta etiquetada cara "OPUESTA" puede
ser desechada.
Se coloca la cinta de fibra dividida etiquetada
cara "OBJETIVO" sobre una superficie plana con la superficie
de fibra hacia arriba. Se pegan los extremos. Se aplica una tira de
cinta de 2,54 centímetros (1 pulgada) como se ha hecho
anteriormente. Se siguen las etapas identificadas anteriormente para
dividir la fibra de 1/2 hoja en dos secciones de 1/4. De nuevo, se
conserva la cinta etiquetada "OBJETIVO" y la otra cinta puede
ser desechada. Se realiza otra separación para dividir el 1/4 de
muestra en divisiones de 1/8. Finalmente, se realiza otra
separación para dividir el 1/8 de muestra en separaciones de 1/16
seccionando la estructura fibrosa en capas de fibra (y
potencialmente aditivo sólido) unidas a las cintas. Las divisiones
se identifican a continuación en secuencia comenzando con la cara
objetivo de la muestra, es decir, la cinta inicial se etiqueta núm.
1. La división de 1/16 tomada inmediatamente adyacente a la núm. 1,
se etiqueta núm. 2. La cinta núm. 1 contiene la superficie de la
muestra de estructura fibrosa original. La cinta núm. 2 es la
sección de referencia de la estructura.
En resumen, si la concentración de aditivo
sólido en la cinta núm. 1 es superior a la cinta núm. 2, entonces
se dice que la estructura fibrosa tiene su máxima concentración de
aditivo sólido en la superficie. La concentración en este caso se
define como el peso de aditivo sólido dividido por el peso total de
la sección de interés de la estructura
fibrosa.
fibrosa.
Dada la amplia variedad de aditivos sólidos y
componentes de fibra incorporados en la presente invención, no es
posible especificar una técnica de análisis cuantitativo única para
determinar el peso de aditivo sólido que cubra toda la variedad.
Los expertos en la técnica de química analítica reconocerán que es
posible utilizar métodos analíticos de química en húmedo
convencionales o análisis instrumental, por ejemplo, NMR o XRF.
También es posible utilizar análisis por imágenes si los recuentos
y tamaños de partículas pueden ser fácilmente convertidos en pesos.
En todos los casos se debe tener cuidado para evitar que los
componentes de la estructura fibrosa o la cinta interfieran en la
determinación de aditivo sólido. Esto puede limitar el tipo de cinta
que se puede utilizar si se encuentra una interferencia de este
tipo o quizás se podría indicar una combinación de métodos.
La densidad del aditivo o aditivos sólidos se
mide utilizando un picnómetro Micromeritics' AccuPyc 1330,
comercializado por Micromeritics Instrument Company of Norcross,
Georgia.
Se pesa una taza de muestras adecuada. Se llenan
2/3 del volumen de la taza de muestras con la muestra de aditivo
sólido que se va a ensayar. Se limpia el exterior y el borde
interior de la taza de muestras de cualquier residuo de aditivo
sólido. Se pesa la taza de muestras con la muestra de aditivo sólido
y se anota su peso. Inmediatamente, se retira el tapón de la cámara
de celdas del picnómetro AccuPyc, se coloca la taza de muestras en
su interior y se vuelve a colocar el tapón de la cámara en una
posición de apriete manual. Se ajusta la AccuPyc para que funcione
del siguiente modo: se purga 10 veces con helio de calidad de
investigación a una presión de llenado de purga de 0,13 MPa (19,5
psig). Se realiza un total de 10 ciclos, con una presión de llenado
de ciclo de 0,13 MPa (19,5 psig) a una velocidad de equilibrado de
0,03 kPa/min (0,005 psig/min) y en una condición de precisión de
ciclo sin uso. Se inicia el análisis introduciendo la ID de la
muestra y el peso de la muestra en el picnómetro AccuPyc. La
densidad resultante de la muestra de aditivo sólido se expresa en
g/cm^{3}.
El tamaño de partículas promedio del aditivo o
aditivos sólidos se mide utilizando un Horiba LA-910
comercializado por Horiba International Corporation of Irvine,
California.
El experto en la técnica sabe que las
condiciones de operación adecuadas y apropiadas del Horiba
LA-910 se pueden encontrar realizando uno o más
ciclos piloto en el Horiba LA-910 para la muestra de
aditivo sólido. De forma visual, el experto en la técnica puede
determinar si la muestra de aditivo sólido es bimodal o unimodal
con respecto a su tamaño de partículas. Si la muestra de aditivo
sólido contiene aglomerados, el experto en la técnica utilizará
ultrasonidos para fraccionar los aglomerados antes de llevar a cabo
el ensayo de tamaño de partículas promedio. Durante el ciclo o
ciclos piloto, se puede determinar si la muestra de aditivo sólido
es bimodal o unimodal. Durante los ciclos piloto, el experto en la
técnica puede determinar la velocidad de circulación y agitación
adecuada y, si el tamaño de partículas promedio de la muestra es
inferior a 10 \mum, puede obtener el índice de refracción
relativo de la base de datos Horiba.
Para instrucciones de configuración y uso del
software se sigue el manual del instrumento Horiba
LA-910. El índice de refracción relativo para la
muestra de aditivo sólido que se va a ensayar se obtiene de la base
de datos de índices de refracción de Horiba.
Se introducen las condiciones de medición
apropiadas en el instrumento: Velocidad de agitación y circulación
- obtenida del ciclo o ciclos piloto; Muestreos 25; Distribución
estándar; Tanque de dispersante B; Volumen de dispersante 200 ml;
Volumen de dispersante por etapa 10 ml; Punto de dilución 10%;
Tiempo de circulación de aclarado 10 segundos; Repeticiones de
aclarado 1; Volumen de aclarado 100 ml; Índice de refracción
relativo; Límite inferior de intervalo bueno 88% y Límite superior
de intervalo bueno 92%.
Se drena la celda del instrumento, se añaden 150
ml del dispersante a la celda y se circula, somete a ultrasonidos
durante 2 minutos y agita. Si la celda parece limpia y la lectura de
fondo parece plana, se ejecuta un ciclo en blanco pulsando
"Blank". Se añade a la celda la muestra de aditivo sólido que
se va a ensayar mientras el dispersante está bajo agitación y
circulación. Se continua añadiendo la muestra de aditivo sólido
lentamente hasta que el porcentaje de T del láser es 90 +/- 2
(aproximadamente 1 ml). Se deja la muestra circular por la celda
durante 2 minutos. Una vez que la muestra ha circulado durante 2
minutos, se pulsa "Measure" para analizar la muestra. Una vez
analizada la muestra, se imprimen el gráfico y la tabla. Se pulsa
"Drain" para drenar la celda. Se aclara el sistema tres veces
con agua desionizada utilizando agitación y tratamiento sónico
durante 30 segundos cada vez. Para muestras posteriores, se repiten
las etapas 2 - 10. La alineación del láser (cuatro triángulos)
debería ser comprobada entre las muestras. Los resultados se indican
del siguiente modo: 1) un histograma de resolución estándar para
una distribución unimodal o un histograma de resolución fina para
una distribución multimodal; y 2) el tamaño de partículas promedio
(diámetro medio).
Claims (11)
1. Un método para producir una estructura
fibrosa acabada que comprende un aditivo sólido en forma de
nanopartícula, en donde el aditivo sólido está presente en una
superficie de la estructura fibrosa acabada a un nivel en peso
superior a dentro de la estructura fibrosa acabada, estando dicho
método caracterizado porque comprende la etapa de aplicar el
aditivo sólido en forma de nanopartícula en una forma sólida.
2. El método según la reivindicación 1, en donde
el aditivo sólido en forma de nanopartícula está unido directamente
a una fibra de la estructura fibrosa acabada.
3. El método según la reivindicación 1, en donde
la estructura fibrosa acabada presenta una densidad de menos de
0,10 g/cm^{3}.
4. El método según la reivindicación 1, en donde
la estructura fibrosa acabada presenta un estiramiento con carga
máxima de al menos 10%.
5. El método según la reivindicación 1, en donde
el aditivo sólido en forma de nanopartícula se selecciona del grupo
que consiste en: cargas, tintas, tintes, medicinas, opacificantes,
abrasivos, adhesivos, coadyuvantes de resistencia en húmedo,
coadyuvantes de resistencia en seco, coadyuvantes de control de
olores, coadyuvantes para la absorbencia, lociones, suavizantes,
partículas con reducida energía superficial, agentes modificadores
de la fricción superficial, agentes antivirucidas, agentes de
perfume, agentes para el cuidado de la piel, polímeros de
carbohidrato, celulosa, derivados de celulosa, guar, xantano,
arabinogalactano, carragenato, quitina, derivados de quitina,
quitosana, derivados de quitosana, agentes antibacterianos,
polímeros hidrófobos y mezclas de los mismos.
6. El método según la reivindicación 1, en donde
el aditivo sólido en forma de nanopartícula es hidroactivado y/o
activado térmicamente.
7. El método según la reivindicación 1, en donde
el aditivo sólido en forma de nanopartícula presenta un tamaño de
partículas promedio de menos de 900 nm.
8. El método según la reivindicación 1, en donde
la estructura fibrosa acabada además comprende un agente
fluidizante, en donde el agente fluidizante presenta una densidad
que es superior a la densidad del aditivo sólido en forma de
nanopartícula sin el agente fluidizante.
9. El método según la reivindicación 1, en donde
la estructura fibrosa acabada además comprende un agente
fluidizante, en donde el agente fluidizante presenta un tamaño de
partículas promedio que es inferior al tamaño de partículas
promedio del aditivo sólido en forma de nanopartícula sin el agente
fluidizante.
10. El método según la reivindicación 1, en
donde la estructura fibrosa acabada además comprende un agente
fluidizante, en donde el agente fluidizante presenta una esfericidad
que es inferior a la esfericidad del aditivo sólido en forma de
nanopartícula sin el agente fluidizante.
11. El método según la reivindicación 1, en
donde la estructura fibrosa acabada es una estructura fibrosa
acabada laminada.
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