ES2334695T3 - Envoltura tridimensional. - Google Patents
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Abstract
Un producto de envoltura con forma tridimensional hecho por compresión en caliente de un material de borra tendida al aire no tejida junto con agua, componiéndose dicho producto de envoltura de: - fibras naturales, - menos del 15% en peso seco de fibras termoplásticas, preferiblemente 0,25 - 10% en peso seco de fibras termoplásticas, más preferiblemente 0,5 - 5% en peso seco de fibras termoplásticas, - menos del 10% en paso seco de adhesivo, preferiblemente menos del 5% en peso seco de adhesivo, y - menos del 2% en peso seco de resina termocurable, preferiblemente menos del 1% en peso seco de resina termocurable, y lo más preferiblemente no comprende sustancialmente resina termocurable alguna.
Description
Envoltura tridimensional.
La invención se refiere a productos de envoltura
tridimensional fabricados formando en seco materiales fibrosos
tendidos al aire. Más concretamente, la invención se refiere a
productos de envoltura formados tridimensionalmente obtenibles por
compresión en caliente de fibras naturales que comprenden materia de
borra tendido al aire y no comprenden sustancialmente resina
termocurable alguna. Además, la invención se refiere a un material
fibroso tendido al aire y a un procedimiento para la formación de
dichos productos.
El documento WO 02/42070 revela un procedimiento
de fabricación de un producto de material fibroso de paredes finas
con una lámina sobre una superficie. La lámina se usa como soporte
de una capa de borra, estando formada dicha capa en línea tratando
dos rollos de "pulpa de borra" en una tejeduría y distribuyendo
el material fibroso suelto sobre la lámina. También se aplica un
adhesivo a la lámina. La lámina con la borra se conforma en una
herramienta de prensado que tiene una parte superior con una cavidad
que se corresponde con la superficie exterior del producto a
formar. La parte superior se calienta eléctricamente y se equipa con
orificios pequeños para la evacuación de aire y vapor de agua y
reducir la presión de gas dentro de la prensa. La parte inferior
tiene una capa elástica que puede dilatarse con agua para presionar
la lámina y la borra hacia la parte superior de la prensa. El
adhesivo se fija a presión y con calor. Después del prensado antes
expuesto se puede disponer una estación aparte de compresión
posterior para lograr un terminado superficial mejorado. Se podría
observar que la lámina que soporta la capa de borra se integra en
el producto terminado. Además, el terminado superficial de la
lámina no se limita a la calidad, especialmente en cuanto a
suavidad.
El documento US 4,474,846 revela una estera con
una combinación de fibras de base (fibras de celulosa), fibras
portadoras (material termoplástico) y un ingrediente termocurable.
Las fibras portadoras se activan (es decir, se pegan a las fibras
de base) durante la fabricación de la estera calentando la estera en
un horno. El ingrediente termocurable, es decir, una resina
fenólica, no se activa hasta la posterior formación tridimensional
de la estera en una prensa caliente (a 325ºF a 590ºF (163ºC a
310ºC), 200 a 1000 libras/pulgada^{2} (14,06 a 70,3 kg/cm^{2}),
duración del ciclo de moldeo un minuto o menos). El documento US
4,474,846 destaca que la resina termocurable es necesaria para que
el material de fibra no tejida sea capaz de ser moldeado de forma
rígida permanentemente. Además, el documento US 4,474,846 no revela
ejemplo alguno con menos que 5% en peso de resina termocurable.
Desde un punto de vista medioambiental no es
deseable la resina fenolítica, y una duración del ciclo de moldeo
de aproximadamente 1 minuto no es aceptable típicamente para la
fabricación a escala industrial de miembros formados de pulpa
desechables.
Las estructuras laminadas se mencionan
brevemente sin especificar detalles técnicos, finalidad no
composición.
El documento US 4,418,031 (solicitud padre del
documento US 4,474,846) está centrado en el procedimiento de
fabricación de la estera y el producto, mientras que el documento US
4,474,846 se refiere principalmente a la propia estera. El
procedimiento requiere una estera con fibras de base de celulosa,
pegado de fibras portadoras (termoplásticas aunque también se
mencionan las termocurables) y un ingrediente termocurable que es
pretratado calentándolo en un horno, antes de la conformación final
en una operación de moldeo por compresión donde el ingrediente
termocurable se cura. Por lo tanto, el procedimiento revelado en el
documento US 4,418,031 (y US 4,474,846) se define en términos muy
amplios.
El documento US 6,267,252 revela un material de
filtro fabricado de borra por calandrándolo (se describe brevemente
la compresión como alternativa). La borra contiene fibras de pulpa,
humedad y al menos 2% de fibras de dos componentes (típicamente
hechas de diferentes materiales termoplásticos (vaina/núcleo)). Se
debe añadir al menos 5% de humedad y el agua se describe como
elemento que facilita el pegado NO parece que exista indicación
alguna de que el calandramiento o la compresión requiera
calentamiento para que se haga efectiva. El producto resultante no
es adecuado para una envoltura y, especialmente no es simular a una
envoltura tridimensional.
Un objetivo de la invención es proveer un
producto de envoltura conformado tridimensionalmente que comprende
fibras naturales.
En otro aspecto de la invención, un objetivo de
la invención es proveer un material de borra para la fabricación de
un producto de envoltura conformado tridimensionalmente de acuerdo
con un primer aspecto de la invención.
En un tercer aspecto de la invención, un
objetivo de la invención es proveer un procedimiento de fabricación
de un producto de envoltura en forma tridimensional de acuerdo con
el primer aspecto de la invención.
Uno o más de los objetivos de la invención y
otros se logran mediante un producto de envoltura de forma
tridimensional de acuerdo con la reivindicación 1.
Uno o más de los objetivos anteriores y otros de
la invención se logran análogamente mediante un material de borra
de acuerdo con la reivindicación 4.
En la presente, "tridimensional" significa
que la variación en altura del miembro es mayor que 5 mm.
Típicamente, el producto de envoltura tridimensional tiene una
variación en altura superior a 10 mm, tal como superior a 15 mm, ya
que esta permite un aseguramiento más seguro de los artículos
contenidos por un producto de acuerdo con la invención.
En la presente, producto de envoltura significa
un tablero que tiene cavidades o compartimentos para recibir uno o
más miembros a contener por el producto. Se debe observar que los
productos de envoltura también incluyen bandejas y cuencos para
contener miembros dispuestos sueltos en los mismos.
Los productos de acuerdo con la invención, que
se obtienen mediante compresión en caliente de un material de borra
aireada no tejida junto con agua, varían de los productos de
envoltura obtenidos por un procedimiento húmedo tradicional
teniendo una superficie más suave considerablemente que es,
típicamente, altamente deseable. Para los productos obtenidos se
puede lograr una superficie suave mediante los procedimientos
húmedos tradicionales comprimiendo posteriormente los productos
después de secarlos en un horno. Sin embargo, después de la
compresión la resistencia del producto tiende a reducirse. Se
podría teorizar que la reducción en resistencia asociada con la
compresión posterior está relacionada, al menos parcialmente, con la
rotura de enlaces de hidrógeno durante una compresión posterior.
Además, los productos de acuerdo con la presente invención,
obtenidos por compresión en caliente, tienden a tener una
estructura más estratificada porque la superficie es sustancialmente
más densa que la parte del núcleo. Esto es altamente deseable desde
un punto de vista estructural y de su aplicación ya que esto
conduce a una resistencia incrementada y a mejores propiedades de
bloqueo. Gracias al procedimiento de fabricación, el producto tiene
una tolerancia dimensional muy baja comparada con la de un
procedimiento húmedo, y la estructura superficial del molde se
reproduce en la superficie del producto a un muy alto nivel de
detalles. Por lo tanto, es posible grabar en relieve una marca o
dibujo detallado en el producto durante su fabricación sin
necesidad de tratamiento posterior. Además, el procedimiento de
fabricación permite la fabricación de una gama de productos
estratificados, lo que no es factible por el procedimiento húmedo
de fabricación de miembros de pulpa moldeados.
A continuación se explica la invención más
detalladamente con referencia a realizaciones ejemplares así como a
los dibujos, en los que:
La figura 1 muestra una formación por compresión
en caliente de borra,
La figura 2 muestra un producto de envoltura que
tiene una estructura de emparedado, y
La figura 3 muestra una prensa caliente con una
pluralidad de cavidades de compresión.
Todas las figuras son muy esquemáticas y no está
a escala necesariamente, y solamente muestran partes que son
necesarias con el fin de esclarecer la invención, omitiéndose o
simplemente sugiriéndose otras partes.
El conjunto de etapas del procedimiento seco de
acuerdo con la invención proveen un material de borra adecuado en
una prensa, prensan el material de borra durante el calentamiento de
la borra para que se forme un miembro de fibra natural rígido
tridimensional. Estas etapas son similares a las reveladas en el
documento US 4,418,031 (incorporadas a la presente por referencia),
sin embargo, el material de borra y, por consiguiente, el producto
son muy diferentes especialmente porque en los productos de la
presente invención no está presente cantidad alguna, o solamente
está presente una cantidad muy limitada, de resina termocurable. Con
respecto a la temperatura, se observó que la presión y el tiempo de
compresión, los parámetros de tratamiento del documento US 4,418,031
conducirán a productos de envoltura formados tridimensionalmente
aceptables.
El procedimiento seco provee una amplia gama de
ventajas sobre el procedimiento húmedo convencional de fabricación
de miembros de fibra natural moldeados. La preparación de las fibras
naturales dentro de un material de borra, también denominadas
estera fibrosa aireada, es considerablemente menos exigente en
cuanto a los requisitos del aparato, y espacio de trabajo, en
comparación con la fabricación de una pulpa fibrosa. Especialmente,
el aparato es mucho más flexible en cuanto a producción de lotes
menores de material de borra y de productos finales. El uso de
productos químicos y de energía también se reduce espectacularmente
en comparación con el procedimiento húmedo. En muchos casos, las
fibras naturales se pueden preparar totalmente sin formación de
fibra de pulpa alguna, con lo que pueden evitarse los productos
químicos para la producción de pulpa. Además, se observó
sorprendentemente que los aditivos, tales como tensioactivos, usados
con el procedimiento de acuerdo con la invención pueden aplicarse
en cantidades menores o se pueden usar aditivos más respetuosos con
el medio ambiente. Dado que el contenido de agua es sustancialmente
menor en el procedimiento seco, el secado necesita solamente una
fracción de la energía. El procedimiento de modelado ha mostrado que
la fabricación por el procedimiento seco de acuerdo con la presente
invención solamente necesita aproximadamente 1/6 a 1/10 de la
energía necesaria para fabricar productos similares por el
procedimiento de fabricación húmedo tradicional. Además, el cambio
de composición del producto es normalmente mucho más flexible y más
rápido con el procedimiento seco, ya que, virtualmente, no es
necesaria limpieza alguna del aparato para el cambio.
En una realización preferente mostrada en la
figura 1, la principal herramienta de compresión tiene superficies
de compresión rígidas, tal como superficies de acero, aluminio o
aleación de metales. El uso de una herramienta rígida permite la
transferencia de calor rápida entre la superficie de la herramienta
y el material de borra. Se observó que la superficie de los
productos de envoltura de forma tridimensional puede realizarse con
un parecido fiel a la superficie del molde y, por lo tanto,
superficie terminada muy suave comparada con la de los productos
obtenidos por el procedimiento húmedo tradicional. Además, la
reproducibilidad de las dimensiones, especialmente el espesor y la
anchura del producto se incrementa significativamente con respecto
al procedimiento húmedo.
Un producto de envoltura de forma tridimensional
puede fabricarse, por ejemplo, facilitando un material 2 de borra,
ajustando el contenido de agua del material 2 de borra, conformando
el material 2 de borra comprimiendo el material de borra en la
prensa 4 caliente (segunda parte de la figura 1) y después liberando
el material de borra comprimido de la prensa. En algunos casos, los
bordes del producto se pueden ajustar cortándolos con una forma
final durante la compresión o posteriormente.
La presión de la prensa principal depende del
tipo de borra, del producto a fabricar y de otros parámetros de
tratamiento, tales como tiempo de compresión y temperatura.
Típicamente, la resistencia de los productos de envoltura se
incrementa con el incremento de la presión. Se observó que, en
general, una presión del orden de 2 - 35 kg/cm^{2}, conduciría a
una resistencia del producto razonable y, por lo tanto, a productos
suficientemente rígidos.
La temperatura y la capacidad térmica de la
prensa principal deberían ser suficientes para asegurar una
evaporación rápida y casi instantánea del agua de la borra. Se ha
observado que esto se puede lograr en el prensado de partes de
acero o aluminio con revestimientos de Teflon cuando la temperatura
de las herramientas de compresión es aproximadamente 150 a
300ºC.
En una realización preferente ejemplificada en
la figura 3, la prensa principal se provee con una pluralidad de
cavidades 30 de compresión, que son operadas simultáneamente por un
aprensa. La flecha de la figura 3 indica el desplazamiento general
de un material tendido al aire a través del sistema. Una cavidad
puede estar dispuesta paralela a otra cavidad, es decir, en la
dirección en la que están dispuestos tres miembros sobresalientes
en la figura 3. En otra realización, una cavidad puede estar
dispuesta ortogonal a otra cavidad, es decir, en la dirección en la
que están dispuestos dos miembros sobresalientes en la figura 3. En
otra realización más, las cavidades se desplazan por una
combinación de traslaciones paralelas y ortogonales por ejemplo,
formando un dibujo triangular (no se muestra). Es preferente que el
número de cavidades sea una, dos, tres, cuatro o incluso más. En
general, la ventaja de tener más de una cavidad de compresión es
sustancialmente proporcional al decrecimiento del tiempo de
duración del ciclo de fabricación promedio por producto. Además, se
ahora un espacio considerable teniendo una prensa con una
pluralidad de cavidades de compresión comparado con un número de
líneas de producción paralelas. Además, se reduce la pérdida de
energía y el coste general de la instalación de producción se
reduce ya que solamente se necesita un aprensa y el número opcional
de estaciones de tratamiento anterior y posterior, tales como
estación precalentadora y de corte, se pueden limitar también.
Trabajos experimentales han mostrado que en
sistemas con un aprensa que tiene una pluralidad de cavidades de
compresión, como se muestra en la figura. 3, es muy ventajoso tener
especiales consideraciones con respecto a la disposición de la
borra cuando se usa en la prensa. Especialmente, se ha observado que
la borra puede disponerse ventajosamente de manera que forme un
depósito de borra entre cavidades de compresión contiguas. Son
ejemplos de depósitos los bucles y los corrugados verticales.
Preferiblemente, los depósitos comprenden partes de bandas de borra
en forma de U, en forma de W, en forma de Z, o de zigzag. El
depósito permite que la borra se forme y se contraiga durante la
compresión sin afectar a miembros contiguos formados en cavidades
de compresión vecinas. En una realización preferente, el material de
borra se comprime en la dirección de la máquina o transversal a ese
dirección durante la fabricación del material de borra. En muchos
casos esto debería reducir la necesidad de proveer depósitos de
borra cuando se comprime con un aprensa que tenga varias cavidades
de compresión. En este caso, es preferente que la borra esté
plisada, ondulada/provista con ondas ortogonales a la superficie
general de la borra con un periodo de 1 a 10 mm.
El componente principal de la borra está
constituido por fibras naturales, tales como fibras basadas en
celulosa virgen, fibras recicladas, tañes como fibras de papel
reciclado, productos de artesanía reciclados, cartón reciclado,
cartones de leche reciclados, arpillera reciclada, TMP, periódicos o
revistas, o una cosecha anual, tal como algodón, yute o paja. Las
fibras naturales pueden estar no tratadas o tratadas químicamente
y/o mecánicamente (tal como CTMP). Las fibras se pueden tratar para
eliminar o reducir sustancialmente la lignina para predecir la
posibilidad de decoloración, y también para prevenir una
contribución de la lignina a la resistencia del producto final.
Además de fibras naturales, la borra puede
comprender una amplia variedad de componentes, pero los componentes
más importantes son las termoplásticas y el adhesivo.
El material termoplástico -típicamente las
fibras termoplásticas- se hacen pegajosas y blandas tras el
calentamiento. Estas fibras incrementan la resistencia y la
manejabilidad del material de borra a temperatura ambiente después
de la fabricación de la borra. Además, las fibras termoplásticas
incrementan la formabilidad de la borra en el sentido de que la
borra se puede estirar hasta una extensión mayor sin que se rompa
cuando el contenido de fibras termoplásticas se incrementa.
Un tipo de fibras termoplásticas especialmente
ventajoso es el tipo de fibra de dos componentes con un núcleo de
material termoplástico que se ablanda a una temperatura
relativamente alta y una capa superficial que se ablanda a
temperaturas relativamente bajas. Esto conduce a una fibra muy
pegajosa que tiene, no obstante, una resistencia mecánica
considerable -una combinación que permite una formabilidad
relativamente alta de la borra con un contenido de fibras
termoplásticas muy bajo. El contenido de la fibra termoplástica
sintética es medio ambientalmente y comercialmente un parámetro muy
importante. Medioambientalmente, dado que la fibra sintética
requiere una cantidad de energía considerable en su fabricación, y
comercialmente, ya que los miembros de fibra de papel con menos que
5% de material sintético en Alemania de acuerdo con los requisitos
Grüne Punkte puede ser tratada como papel y, por lo tanto, no
necesita un tratamiento especial tras su eliminación. A este
respecto, se puede observar que, por ejemplo, el almidón natural no
se considera un material sintético.
Se puede usar una amplia gama de fibras
termoplásticas de acuerdo con la invención, pero se ha observado que
las siguientes fibras termoplásticas son especialmente ventajosas
para los productos y procedimientos de acuerdo con la invención:
fibras de PE, fibras de bicomponentes de PET/PE y combinaciones de
las mismas. Preferiblemente, las fibras termoplásticas son fibras
termoplásticas de bicomponentes, y de estas fibras las más
preferentes son fibras termoplásticas de bicomponentes dispuestas
superficie/núcleo con una parte superficial de punto de fusión
relativamente bajo. Otro tipo de fibras termoplásticas preferentes
son las termoplásticas biodegradables, tales como, por ejemplo, las
fibras de PLA.
El término adhesivo se debe entender en el
sentido de componentes que se pueden transformar en otro componente
más estable tras una reacción química. La reacción química puede
implicar agua, oxígeno, otros componentes o ser una reacción
autocontrolada. La reacción se puede activar, por ejemplo, por
calentamiento (recibida durante la compresión), por añadido de un
catalizador (recibido poco antes de la compresión), o el adhesivo
se puede añadir a la borra poco antes de la compresión, por ejemplo,
pulverizándolo o usando rollos de impresión, o como material en
láminas introducido en la prensa junto con la borra. En general, el
adhesivo se añade para incrementar la rigidez del producto de
envoltura después de la compresión en caliente. El contenido y el
pipo del adhesivo así como el procedimiento de provisión del
adhesivo pueden variar considerablemente. Dependiendo de, por
ejemplo, el tiempo de compresión, la temperatura y la presión.
Se puede usar una amplia gana de adhesivos de
acuerdo con la invención, pero se ha observado que los siguientes
adhesivos son especialmente ventajosos para los productos y
procedimientos de acuerdo con la invención: almidón, gelatina,
harina, tal como harina de trigo, azúcar, dispersiones acrílicas,
dispersiones de SBR, dispersiones de EVA y otras dispersiones
similares. El almidón se entiende que incluye adhesivos derivados
del almidón tales como dextrina y almidón modificado.
El término "almidón" significa en la
presente almidón natural así como almidón modificado químicamente,
tal como almidón polimerizado, (parcialmente) almidón sustituido
y/o almidón modificado físicamente, tal como almidón
pregelatinizado. Es preferente usar almidón natural debido a su bajo
precio y alta disponibilidad, o almidón gelatinizado debido a su
solubilidad en agua fría.
Sorprendentemente, se observó que, especialmente
en adhesivos, que fueros pulverizados sobre la superficie, por
ejemplo, en suspensiones antes de la compresión, el terminado
superficial era especialmente suave. Este fue el caso especialmente
de las suspensiones basadas en almidón.
El material de borra así como el producto de
envoltura pueden comprender pequeñas cantidades de resina
termocurable, tal como una resina fenólica. Sin embargo, es
altamente preferente que el material de borra o el producto de
envoltura no comprenda sustancialmente resina termocurable alguna,
ya que la resina termocurable reduce la duración del ciclo de
moldeo y da lugar a un problema medio ambiental relativo al entorno
de trabajo así como a la eliminación de los productos de
envoltura.
Se debería observar que el adhesivo difiere de
la resina termocurable en que la resina termocurable, tras su
activación o curado, experimenta un proceso de enlaces cruzados en
el que la resina forma una red principalmente entre las entidades
químicas de la resina termocurable y que, una vez completado el
curado de la resina termocurable, la resina termocurable no se
puede reactivar.
Típicamente, el material de borra se prepara
mezclando las fibras naturales con fibras termoplásticas y/o
adhesivo en, por ejemplo, un molino de martillos o molino de
sierras. Posteriormente, la mezcla fibrosa se dispone sobre una
capa portadora y se calienta para activar las fibras termoplásticas
de manera que la borra forme un material homogéneo abierto
coherentemente. La fabricación de material de borra se describe, por
ejemplo, en el documento US 4,418,031.
Varios de los tipos de borra y composiciones
constituyen realizaciones preferentes.
Una composición básica de un material de borra o
de un producto de envoltura de acuerdo con la invención comprende
fibras naturales y menos del 15% en peso seco de fibras
termoplásticas, preferiblemente 0,25 - 10% en peso seco de fibras
termoplásticas y más preferiblemente 0,5 - 5% en peso seco de fibras
termoplásticas. Además, la composición comprende menos del 10% en
peso seco de adhesivo y preferiblemente menos que 5% en peso seco
de adhesivo. Finalmente, pueden estar presentes pequeñas cantidades
de resina termocurable, tal como menos del 2% en peso seco de
resina termocurable, preferiblemente menos que 1% en peso de resina
termocurable seca, y lo más preferiblemente no comprende
sustancialmente resina termocurable alguna.
En una realización altamente preferente, la suma
de las fibras termoplásticas y el adhesivo es menor del 10% en paso
seco, preferiblemente la suma de las fibras termoplásticas y el
adhesivo está entre 1 y 5% en peso seco. Especialmente, se observó
que una composición con menos del 2.5% en peso de adhesivo y
preferiblemente el producto de envoltura con menos del 2,5% de
almidón se adquirió muy barato e, incluso, productos de envoltura
relativamente rígidos.
El adhesivo se puede incorporar en la borra o se
puede añadir, por ejemplo, por pulverización, como una solución o
suspensión poco antes de la compresión.
Este tipo de composición de borra se podría
comprimir ventajosamente en una etapa de operación en un aprensa
rígida, ya que la formabilidad es típicamente muy buena y se
incrementa con la cantidad de fibras termoplásticas.
En composiciones de borra con fibras con un
contenido considerable de lignina, un tipo preferente de
composiciones de borra es el que no añade adhesivo alguno. En su
lugar, se activa la lignina natural de las fibras para formar un
pegado de curación entre las fibras.
Una composición preferente comprende fibras
naturales y menos del 15% en peso seco de fibras termoplásticas,
preferiblemente 0,25 - 10% en peso seco de fibras termoplásticas, y
más preferiblemente 0,5 - 5% en peso seco de fibras termoplásticas.
Además, la composición puede comprender menos del 2% en peso seco de
resina termocurable, preferiblemente menos del 1% en peso seco de
resina termocurable, y lo más preferiblemente no comprende
sustancialmente cantidad alguna de resina termocurable. Finalmente,
la composición no comprende adhesivo adicional alguno.
Este tipo de composiciones es más respetuoso con
el medio ambiente, ya que no es necesario el adhesivo y no es
necesario eliminar la lignina químicamente del material de fibra del
material de fibra antes del uso de las fibras naturales. Además, la
etapa de añadido del adhesivo se puede omitir lo que conduce a un
procedimiento de menos etapas. Sin embargo, se debe controlar el
procedimiento más cuidadosamente, ya que la activación de la
lignina puede conducir a la decoloración y se debe mantener en
posición dentro de un a ventana de temperaturas y tiempo
relativamente estrecha.
En algunos casos, es deseable omitir el material
termoplástico debido a las exigencias medio ambientales o para
reducir el coste del producto. Esto conduce a una borra con
formabilidad limitada y, por lo tanto, los materiales de borra son
adecuados principalmente para productos con variación limitada en
altura y sin esquinas afiladas. Se ha observado que disponiendo una
capa textil sustancialmente inerte e inelástica en contacto con la
borra durante la compresión se puede incrementar la formabilidad de
dichas composiciones de borra y prevenir el adelgazamiento local
indebido del producto. Dicho de otra manera, se logra una
formabilidad más uniforme.
Un ejemplo de dicha composición comprende fibras
naturales y 2% a 10% en peso seco de adhesivo, preferiblemente 5% a
8% en peso seco de adhesivo. Además, la composición puede comprender
menos del 2% en peso seco de resina termocurable, preferiblemente
menos del 1% en peso seco de resina termocurable, y lo más
preferiblemente no comprende sustancialmente resina termocurable
alguna. Finalmente, la composición no comprende sustancialmente
fibra termoplástica alguna.
Sorprendentemente, se observó que,
frecuentemente, cuando se añade un tensioactivo durante la
fabricación del material de borra, la cantidad necesaria para
lograr el efecto deseado se puede reducir, Este es especialmente el
caso de los tensioactivos hidrófobos tales como el AKD. Cuando se
añada AKD a la pulpa para la formación húmeda de miembros de pulpa
moldeados, se necesita típicamente utilizar aproximadamente 3% en
peso de AKD para que el miembro se haga hidrófobo. Sin embargo, se
observó que cuando se introdujo una cantidad de AKD en el material
de borra durante la preparación de la borra tan pequeña como 0,1 a
0,4% en peso se obtuvo un producto de envoltura que es hidrófobo.
Esto representa una ventaja importante debido al reducido impacto
medio ambiental así como un coste reducido.
El agua presente en la borra tras la compresión
puede haber sido provista durante la formación de la borra y pegado
a las fibras u otro componente de la, puede haber sido añadida por
medio de la humedad atmosférica en el lugar de almacenamiento de la
borra o el agua puede haber sido añadida inmediatamente antes de la
compresión. Típicamente, el contenido de agua tras el inicio de la
compresión debe ser del orden de 0 a 50% del peso total,
preferiblemente 5 a 35% del peso total. Con la expresión peso total
se quiere indicar la suma del peso en seco y del agua.
El agua añadida inmediatamente antes de la
compresión se provee preferiblemente como niebla de agua, agua
pulverizada, goteo de líquido, vapor o por medio de un rollo mojado,
también preferente como rollos de impresión, sin embargo, es
preferente añadir el agua por pulverización ya que esto permite una
distribución controlada y un buen control del volumen de agua
añadido.
El efecto del agua parece ser más bien complejo,
pero se puede teorizar sobre la importancia significativa de los
siguientes efectos:
Dado que el agua y el vapor de agua conducen el
calor relativamente bien y tienen capacidades térmicas relativamente
altas, lo más probable es que la presencia de cantidades de agua
controladas sea necesaria para lograr una distribución del calor
adecuada dentro del material de borra durante su compresión.
Algunas de las reacciones de curado de los
adhesivos implican reacción química con el agua. En estos casos, la
presencia de agua y su distribución son esenciales para la formación
de una estructura adecuada. Además, el agua facilita la formación
de hidrógeno que se vincula en medio de las fibras.
Durante la compresión algo del agua del material
de borra se evapora, lo que incrementa la presión del gas de la
borra. Al mismo tiempo, la borra se comprime en la prensa y el
efecto combinado conduce a un incremento sustancial de la presión
del vapor de agua y, por lo tanto, al incremento de la conductividad
térmica de la estructura de borra en la prensa. Esto conduce a una
reducción del tiempo de compresión.
El producto está definido en gran medida por la
combinación de la borra usada y el procedimiento de compresión.
Típicamente, es producto final es un miembro de fibra natural
tridimensional rígido con un terminado superficial muy fino y
propiedades mecánicas comparables a o mejores que las de los
miembros de pulpa del procedimiento húmedo basados en la misma
composición de fibras naturales.
Los productos se caracterizan por el terminado
superficial muy fino. La superficie de la prensa se dibuja con una
alta precisión sobre el producto.
En una realización altamente preferente, el
producto de envoltura de forma tridimensional de acuerdo con la
invención se provee con al menos una zona de absorción de choques.
Preferiblemente, la zona de absorción de choques comprende un área
en la que el producto de envoltura se comprime más ligeramente, es
decir, menos, es decir, menos fuerte durante la compresión en
caliente que otras partes del producto de envoltura durante la
fabricación del producto de envoltura. Preferiblemente, la zona de
absorción de choques se forma teniendo un área en la que la
distancia entre las partes de moldeo es mayor que entre el resto del
área del molde. Las áreas que forman zonas de absorción de choques
pueden corresponderse con el espesor inicial del material de borra,
sin embargo, es preferente que el material de borra de las zonas de
absorción de choques sea comprimida parcialmente durante la
compresión en caliente, ya que esto provee una mejor coherencia en
las zonas de absorción de choques. Típicamente, la zona de
absorción de choques sobresale de la superficie del producto de
envoltura y es más flexible que la mayor parte del producto de
envoltura. Las zonas de absorción de choques pueden tener forma de,
por ejemplo, puntos o líneas o áreas menores sobresalientes. Es
altamente preferente que las zonas de absorción de choques estén
dispuestas en un área del producto de envoltura que
forme una conexión entre el producto de envoltura y el miembro a envasar en el producto de envoltura durante su uso.
forme una conexión entre el producto de envoltura y el miembro a envasar en el producto de envoltura durante su uso.
El producto de envoltura de acuerdo con la
invención tiene una superficie muy suave y dimensiones altamente
reproducibles. Los productos cuando están apilados o encajados, como
también se dice, puede ser relativamente difícil separarlos o
desencajarlos como también se dice, unos de otros. Es, por
consiguiente, altamente ventajoso proveer al menos una
protuberancia en la superficie del producto de envoltura para
facilitar el desencajado de una pila de productos de envoltura. Es
altamente preferente tener la protuberancia comprendida en un área
en la que en producto de envoltura está presionado más ligeramente,
es decir, menos fuertemente que otras partes del producto de
envoltura durante la fabricación del producto de envoltura por
compresión en caliente. Preferiblemente, esto se logra teniendo un
área en la que la distancia entre las partes en moldeo sea mayor
que entre el resto del área de moldeo, por ejemplo, teniendo una
depresión concordante con al menos una de las superficies del
molde.
Preferiblemente, la al menos una protuberancia
está dispuesta en un área del producto de envase que no forme parte
de una superficie de presentación del producto, y/o en un área del
producto de envoltura que no forme parte de una superficie de
soporte del producto de envoltura durante su uso. Esto permite que
la protuberancia no deteriore la impresión visual y que el producto
de envoltura pueda permanecer en pie de manera estable durante su
uso. Un ejemplo de posición estable de una protuberancia para
facilitar el desencajado de un producto de envoltura en forma de
cuenco es sobre la superficie lateral exterior del cuenco. Sin
embargo, en muchos casos, la disposición de la protuberancia para
facilitar el desencajado puede ser sobre la parte inferior del
producto de envoltura.
Sorprendentemente se observó que disponiendo de
una o más elementos o capas adicionales de material de borra además
de la capa de material de borra principal, se forma una estructura
laminada con una buena integridad entre capas. Las capas se pueden
introducir todas cuando están en la herramienta de compresión, o se
puede proveer un adhesivo, agua u otro aditivo entre al menos dos
capas. Típicamente, el adhesivo u otros aditivos se proveen para
reforzar más la conexión entre las capas. Sin embargo, en muchos
casos dichos aditivos entre las capas no son necesarios.
Además, el o los elemento(s) pueden
proveerse como bandas o capas continuas, o los elementos pueden
proveerse como una o más láminas separadas, masas, material en
partículas o como fluido.
Además, el o los elemento(s),
preferiblemente, se añaden antes a la prensa principal, pero en
algunos casos, por ejemplo, si el elemento adicional es sensible al
calor, el elemento se puede añadir después de la prensa principal,
tal como en conexión con la compresión posterior opcional.
Los elementos adicionales pueden constar del
mismo material que la borra principal, el elemento adicional puede
comprender uno o más elementos de la borra principal, o el elemento
adicional puede ser de una composición o naturaleza totalmente
diferente a la de la borra principal.
A continuación se describen realizaciones
preferentes de tipos de productos laminados.
En una realización preferente se proveen una o
más capas sobre la superficie interior y/o exterior del miembro
para formar una capa de barrer. La capa de barrera puede, por
ejemplo, prevenir la migración de vapor de agua, aroma, oxígeno y
fluido a través del producto. Son ejemplos de capas de barrera las
películas termoplásticas, tal como material basado en polietileno u
otra capa o lámina plástica y cera.
Otra aplicación de la estratificación es la
combinación de un material de núcleo asequible con una o más capas
superficiales de material de borra, material de etiquetado o láminas
de color, con lo que se obtiene un valor estético superior del
producto en su conjunto a, por ejemplo, coste reducido o impacto
medio ambiental reducido. Por ejemplo, un material de pulpa
reciclado no blanqueado ni reforzado puede formar el núcleo mientras
que las fibras blanqueadas o naturales se pueden usar para una capa
superficial fina. Con lo que se puede proveer un producto final con
la misma apariencia que un producto de fibra totalmente natural,
pero a coste reducido. Además, dichos productos estratificados son
típicamente más respetuosos con el medio ambiente, que un mayor
contenido de fibras recicladas o menos nuevas o fibras tratadas
químicamente que tengan que utilizarse Además, se pueden combinar
fibras fuertes pero menos aceptables estéticamente con una capa fina
de fibras preferentes estéticamente, con lo que se puede reducir el
peso del producto con el mismo rendimiento mecánico. Un ejemplo es
la agregación de una o más capas de tejido barato que consta
sustancialmente de fibras de celulosa a incorporar en el
producto.
Una tercera aplicación es como capa de refuerzo
o capa de refuerzo parcial de áreas concretas. Esto es típicamente
ventajoso si solamente algunas áreas de la borra se estiran y, por
lo tanto, se adelgazan durante la compresión del miembro. Dichas
áreas altamente estiradas pueden ser reforzadas ventajosamente por
capas adicionales, tales como bandas o piezas de material que
pueden tener o no la misma composición que la borra principal.
Otro tipo de refuerzo es aplicable donde un
aparte del producto final (estirado o no durante la compresión) va
a estar muy cargada durante la aplicación. En ese caso, esta parte
se refuerza ventajosamente añadiendo piezas, bandas o similares de
borra u otro material de refuerzo.
En una realización especialmente preferente, se
añaden una o más bandas relativamente estrechas comparados con la
borra principal o relativamente estrechas a un ancho de la prensa
principal, preferiblemente paralelas u ortogonales a una dirección
longitudinal del material de borra principal. Con lo que, por
ejemplo, las partes inferiores, las esquinas o los bordes se pueden
reforzar sin aportar material innecesario a áreas del producto
final, que son suficientemente fuertes basadas en el material de
borra principal.
En una realización especial, la pared del
producto forma una estructura de emparedado como se indica
esquemáticamente en la figura 2. La estructura de emparedado tiene
capas 22 relativamente rígidas y un núcleo 22 relativamente blando.
En una realización preferente, las diferentes capas están formadas
combinando tres capas de borra paralelas a las secciones a) y b)
anteriores. En otra realización, las capas están formadas de la
misma borra y las variaciones de propiedades se logran durante el
tratamiento. Por ejemplo, la pulverización de una suspensión de
adhesivo, tal como almidón suspendido, sobre la superficie del
material de borra dejará más adhesivo y agua en la superficie que
en el núcleo de la borra. Durante la compresión, el adhesivo, por lo
tanto, se concentrará cerca de las superficies y de la estructura
de emparedado deseada. Pueden lograrse efectos similares con otros
adhesivos o con la lignina que contienen las borras sobre la base de
la distribución del agua.
En una realización especialmente preferente, se
provee otra capa o capa parcial que forma una etiqueta del
producto. Preferiblemente la capa se basa en papel y puede
comprender, opcionalmente, una superficie de presentación sobre la
misma o la capa puede estar adaptada para ser impresa directamente
en una etapa posterior opcional del procedimiento de
fabricación.
La(s) capa(s) adicional(es)
pueden ser de un valor estético mayor que la mayor parte del
producto de envoltura. Típicamente, las capas del mayor valor
estético son más costosas y forman solamente una parte menor del
producto. Debido a que dicho material más costoso, el coste total
del producto será más bajo que si la totalidad del producto
estuviera formado por material del mayor valor estético. Ejemplo
preferente de capas que tienen un alto valor estético es el
material de borra o de fibras de papel naturales coloreado. En estos
casos, el uso de solamente una capa de dicho material será también
un aventaja medio ambiental sobre la situación en la que la
totalidad del producto está formada por dicho material de alto valor
estético, ya que, típicamente, dichos materiales requieren más
energía y tratamiento químico intensivo en su fabricación, comparado
con, por ejemplo, las fibras de papel reciclado.
En algunas aplicaciones de los productos de
acuerdo con la invención, dado que dichos materiales requieren más
energía y tratamiento químico intensivo, es necesario que los
productos sean hidrófobos o, al menos parcialmente repelentes del
agua. En dichas aplicaciones es preferente proveer una capa
hidrófoba en la superficie del producto. Esta capa puede estar
formada por una capa que sea ella misma hidrófoba, tal como una capa
formada por una composición de fibra que comprende AKD u otro
tensioactivo hidrófobo con una concentración suficientemente alta
para aportar propiedades hidrófobas a la capa. En otra realización,
la capa está formada aportando una composición o sustancia
hidrófoba directamente a la superficie del material de borra antes
de la compresión en caliente de manera que el tensioactivo se
integre en la superficie exterior del producto. Esto permite el uso
limitado de tensioactivo en comparación con la realización de todo
el producto de una composición que sea hidrófoba.
En una realización preferente, un producto de
envoltura de forma tridimensional comprende 88 - 98% en peso seco
de fibras naturales, tal como 95% en peso seco de CMTP, 2 - 10% en
peso seco de fibras termoplásticas, tale como, 5% en peso seco de
fibras de bicomponentes de PE/PP. Antes de la compresión. El
contenido de agua se ajusta a 5% en peso total. Presionando durante
0,2 segundos fue posible obtener un producto que tiene una
resistencia similar a la de un miembro con la misma composición de
fibras naturales preparada por la formación húmeda
tradicional.
tradicional.
En otra realización, un producto de envoltura de
forma tridimensional comprende 88 - 98% de fibras naturales, tal
como 95% de celulosa blanqueada o no blanqueada, y 3 - 12% de
almidón, tal como 5% de almidón natural de patata, a que se añadió
pulverizándola una suspensión a la superficie del material de borra.
Dado que la composición no tiene fibra termoplástica alguna, la
borra no es tan formable como en el ejemplo anterior. La
formabilidad se puede incrementar poniendo un tejido no elástico de
textil inelástico, tal como Gardisette u otro material tejido o de
punto basado en algodón, en contacto con la borra. El tejido se
separa del producto después de la compresión en caliente y se puede
reutilizar. Durante la compresión se formó una estructura de
emparedado y la superficie del producto terminado fue muy suave. A
pesar de la falta de fibras termoplásticas, sorprendentemente el
producto final tiene propiedades mecánicas similares a los de una
composición de fibras naturales equivalente fabricado por el
procedimiento mojado tradicional aún cuando la banda de borra era
sustancialmente más débil antes de la compresión en caliente.
En otro ejemplo, un producto de envoltura de
forma tridimensional comprende 85 - 95% de fibras naturales, tales
como los desechos de oficina reciclados, 3 - 8% de almidón en polvo
o harina de trigo, y se puede añadir 2,5 - 8% de fibras
termoplásticas, tal como aproximadamente 5% de fibras de
bicomponentes, Latex, tal como latex acrílico, para mejorar la
resistencia en mojado del producto, Se puede añadir AKD u otro
tensioactivo hidrófobo para aportar la producto resistencia hacia
la absorción de agua.
En otro ejemplo más, se fabricó un producto
estratificado que tiene tres capas. Las fibras naturales de las
capas exteriores son fibras de celulosa natural y cada capa exterior
cuenta con aproximadamente 20% en peso seco del producto de
envoltura de forma tridimensional. Las fibras naturales de la capa
central son de periódicos y revistas reciclados. Pueden estar
presentes en los materiales de borra cantidades menores de fibras
termoplásticas, tal como aproximadamente 3% en peso de fibras de
bicomponentes, y/o adhesivo, tal como aproximadamente 3% de harina
de trigos. Las capas se disponen en el molde caliente en forma de
tres láminas separadas de rollos de material de borra aireada
después del añadido de agua. El producto está formado por compresión
en caliente y se puede obtener la resistencia y el color alrededor
del mismo como los de un producto del mismo peso formado
sustancialmente de fibras de celulosa natural. Sin embargo, la
superficie terminada es más suave y, debido al uso del núcleo de
periódicos y revistas reciclados mucho más baratos, el coste del
material se reduce tanto como aproximadamente 25 - 50%.
Claims (20)
1. Un producto de envoltura con forma
tridimensional hecho por compresión en caliente de un material de
borra tendida al aire no tejida junto con agua, componiéndose dicho
producto de envoltura de:
- -
- fibras naturales,
- -
- menos del 15% en peso seco de fibras termoplásticas, preferiblemente 0,25 - 10% en peso seco de fibras termoplásticas, más preferiblemente 0,5 - 5% en peso seco de fibras termoplásticas,
- -
- menos del 10% en paso seco de adhesivo, preferiblemente menos del 5% en peso seco de adhesivo, y
- -
- menos del 2% en peso seco de resina termocurable, preferiblemente menos del 1% en peso seco de resina termocurable, y lo más preferiblemente no comprende sustancialmente resina termocurable alguna.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Producto de envoltura de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la suma de fibras termoplásticas y
adhesivo es menor que 10% en peso seco, preferiblemente la suma de
fibras termoplásticas y adhesivo está entre 1 y 5% en paso
seco.
3. Producto de envoltura de acuerdo con la
reivindicación 1 o 2, que comprende menos del 2,5% en peso de
adhesivo, preferiblemente el producto de envoltura comprende menos
que 2,5% de almidón.
4. Un producto de envoltura hecho por compresión
en caliente estando dispuestos al menos un material tendido al aire
no tejido junto con agua y al menos una capa de textil inelástico
dispuesta entre dicho material tendido al aire y al menos una parte
de la prensa durante el prensado, comprendiendo dicho producto de
envoltura:
- -
- fibras naturales,
- -
- 2% a 10% en peso seco de adhesivo, preferiblemente 5% a 8% en peso seco de adhesivo,
- -
- menos del 2% en peso seco de resina de termo curado, preferiblemente menos que 1% en peso seco de resina termocurable, y lo más preferiblemente no comprende sustancialmente resina termocurable alguna, y
- -
- sustancialmente sin fibras termoplásticas.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Producto de envoltura de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el
producto de envoltura es hidrófobo y comprende 0,1 a 1% de
tensioactivo hidrófobo, preferiblemente el producto de envoltura
comprende 0,1 a 0,6% de tensioactivo hidrófobo, más preferiblemente
el producto de envoltura comprende 0,1 a 0,6% de AKD.
6. Producto de envoltura de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además al menos una zona de absorción de choques, preferiblemente la
zona de absorción de choques comprende un área en la que el
producto de envoltura es presionado más ligeramente que otras partes
del producto de envoltura durante la fabricación del producto de
envoltura por compresión en caliente.
7. Producto de envoltura de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que la al menos una zona de absorción de
choques está dispuesta para formar una conexión entre el producto de
envoltura y un objeto a envasar en el producto de envoltura durante
su uso.
8. Producto de envoltura de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende
además al menos una protuberancia para facilitar el desencajado de
los productos de envoltura, preferiblemente la protuberancia
comprende un área donde el producto de envoltura es presionado más
ligeramente que otras partes del producto de envoltura durante la
fabricación del producto de envoltura por compresión en
caliente.
9. Producto de envoltura de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que la al menos una protuberancia está
dispuesta en un área del producto de envoltura que no forma parte de
una superficie de presentación y/o en un área del producto de
envoltura que no forma parte de una superficie de soporte del
producto de envoltura durante su uso.
10. Producto de envoltura de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 9, en el que las fibras termoplásticas son
fibras de bicomponentes, preferiblemente con un primer material
termoplástico de núcleo con punto de fusión relativamente alto y un
segundo material termoplástico de superficie con un punto de fusión
relativamente bajo.
11. Producto de envoltura de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que tiene una estructura
estratificada.
12. Producto de envoltura de acuerdo con la
reivindicación 11, que tiene al menos una primera capa que comprende
fibras naturales y al menos una segunda capa, seleccionándose cada
segunda capa del grupo que consta de:
- -
- una capa de barrera, tal como de un material basado en polietileno,
- -
- una capa plástica,
- -
- una composición hidrófoba o una capa que comprende una composición hidrófoba,
- -
- una capa de cubierta de un valor estético más alto que la primera capa, tal como una capa que comprende fibras de papel nuevas,
- -
- una capa o capa parcial de refuerzo, tal como una capa que cubre parcialmente la capa que comprende fibras naturales,
- -
- una capa o etiqueta de papel,
- -
- una capa de material de borra coloreado.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Producto de envoltura de acuerdo con la
reivindicación 11 o 12, en el que el producto de envoltura forma
una estructura de emparedado, de manera que un parte superficial
interior y una parte superficial exterior del producto de envoltura
tienen un aspecto por su rigidez más alta o mejor aspecto que una
parte del núcleo del producto de envoltura.
14. Un material de borra para la fabricación de
un producto de envoltura formado tridimensionalmente de acuerdo con
la reivindicación 1, que comprende una colección homogénea no tejida
y tendida al aire de:
- -
- fibras naturales,
- -
- menos del 15% en peso seco de fibras termoplásticas, preferiblemente 0,25 - 10% en peso seco de fibras termoplásticas, más preferiblemente 0,5 - 5% en peso seco de fibras termoplásticas,
- -
- menos del 10% en peso seco de adhesivo, preferiblemente menos del 5% en peso seco de adhesivo, y
- -
- menos del 2% en peso seco de resina termocurable, preferiblemente menos del 1% en peso seco de resina termocurable, y lo más preferiblemente no comprende sustancialmente resina termocurable alguna.
\vskip1.000000\baselineskip
15. Borra de acuerdo con la reivindicación 14,
que comprende menos del 2,5% en peso de adhesivo, preferiblemente
comprendiendo el producto de envoltura menos del 2,5% de
almidón.
16. Un material de borra de acuerdo con la
reivindicación 14 que no comprende sustancialmente fibra
termoplástica alguna.
17. Un material de borra de acuerdo con la
reivindicación 14 que no comprende sustancialmente adhesivo
alguno.
18. Borra de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 17, que comprende además 0,1 a 1% de
tensioactivo hidrófobo, preferiblemente comprendiendo la borra 0,1 a
0,6% de tensioactivo hidrófobo, más preferiblemente, comprendiendo
la borra 0,1 a 0,6% de AKD.
19. Borra de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 18, en la que la borra se comprime en una
dirección de la máquina o en una dirección transversal,
preferiblemente la borra está plisada u ondulada con un periodo de
1 a 10 mm.
20. Borra de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 19, en la que las fibras termoplásticas son
fibras de bicomponentes, preferiblemente con un primer material
termoplástico de núcleo con punto de fusión relativamente alto y
segundo material termoplástico de superficie con punto de fusión
relativamente bajo.
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