ES2614868T3 - Procedimiento para fabricar una composición que comprende fibras de pulpa de celulosa y fibras termoplásticas - Google Patents

Procedimiento para fabricar una composición que comprende fibras de pulpa de celulosa y fibras termoplásticas Download PDF

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Abstract

Un procedimiento para fabricar una composición que comprende fibras de pulpa de celulosa y fibras termoplásticas, en donde dicho procedimiento comprende la etapa de: a) mezclar una suspensión de pulpa refinada con una suspensión en agua de fibras termoplásticas no refinadas.

Description

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anteriormente.
Una bala que comprende fibras de celulosa puede ser convertida en una suspensión de pulpa añadiendo agua a la composición hasta que se haya obtenido una concentración de 4% en peso de fibras. La suspensión puede ser refinada mediante un refinador, tal como un refinador de cono, el aporte de energía específico puede ser de 60 a 300 kWh/ton, tal como de 90 a 200 kWh/ton, tal como 100 kWh/ton, y la carga de borde específica puede ser 2-50 J/m. Después del refinado, la suspensión de pulpa puede ser mezclada con una suspensión de fibras de PLA. Puede añadirse agua a la composición que comprende fibras de PLA y fibras de celulosa hasta que se haya obtenido una concentración de 2% en peso de fibras. Pueden añadirse aditivos adicionales. La composición que comprende fibras de PLA y fibras de celulosa puede ser refinada opcionalmente una vez más antes de la formación. La formación puede realizarse usando un alambre de planos. Puede retirarse el agua a la composición. Después de la formación, la composición puede ser transferida a una tela de prensa y el prensado de la lámina de papel puede realizarse usando p.ej. dos rodillos de prensado o una prensa de zapatas, en donde el contenido de sólidos puede ser aumentado de 20 a 50%. Después del prensado, la lámina de papel puede ser transferida a un alambre de secado y la retirada de agua puede realizarse usando cilindros de secado calentados que tienen una temperatura de 120 a 150ºC.
La lámina de papel obtenida por el método para fabricar una lámina de papel definido anteriormente o en lo sucesivo puede tener una permeabilidad al aire de 30 a 1.400 μm/Pas y un plegado de 2,0 a 3,3 y un índice de desgarro de 24-40 mNm2/g y una formación de 4,9 a 10.
En aún otro aspecto adicional de la invención se proporciona un procedimiento para fabricar una composición que comprende fibras de celulosa y fibras termoplásticas definida anteriormente o en lo sucesivo, que comprende las etapas de:
a) proporcionar una suspensión que comprende fibras termoplásticas no refinadas; dicha suspensión puede tener una concentración de 2 a 5% en peso, tal como de 3 a 4% en peso, tal como 3,5% en peso;
b) proporcionar una suspensión de pulpa que comprende las fibras de celulosa; dicha suspensión de pulpa puede tener una concentración de 2 a 5% en peso, tal como de 3 a 4% en peso, tal como 3,5% en peso;
c) refinar la suspensión de pulpa que comprende las fibras de celulosa;
d) mezclar la suspensión de pulpa refinada de la etapa c) con la suspensión que comprende las fibras termoplásticas no refinadas de la etapa a);
e) retirar el agua de la composición obtenida de la etapa d); y
f) secar la composición obtenida de e).
Adicionalmente, dicho procedimiento también puede comprender la etapa de formar la composición hasta una lámina o una bala, etapa que puede realizarse después de la etapa e) o después de la etapa f). Además, las fibras termoplásticas pueden estar revestidas con un revestimiento como se define anteriormente o en lo sucesivo y las fibras termoplásticas pueden ser fibras de PLA.
Por tanto, el presente procedimiento descrito anteriormente o en lo sucesivo proporcionará composiciones que, cuando son convertidas en suspensiones que comprenden fibras termoplásticas y fibras de celulosa, proporcionarán menos flóculos y de este modo mejores propiedades en dichas suspensiones y en productos obtenidos a partir de dicha composición o dichas suspensiones.
Pueden añadirse aditivos tales como pigmentos orgánicos o inorgánicos, aglutinantes, agentes de retención, agentes de floculación, adhesivos y/o agentes de fijación al material compuesto descrito en la presente memoria.
En aún otro aspecto adicional de la invención se proporciona una composición que comprende fibras de celulosa y fibras de polilactida (PLA), en donde dichas fibras de polilactida están revestidas con un revestimiento que comprende un polímero no iónico y/o un polímero aniónico y/o un polímero catiónico y/o un lubricante.
La composición que comprende fibras de celulosa y fibras de polilactida según la composición del aspecto adicional descrito anteriormente, en donde dicho revestimiento comprende un polímero no iónico y/o un polímero aniónico y/o un lubricante.
La composición que comprende fibras de celulosa y fibras de polilactida según la composición del aspecto adicional descrito anteriormente, en donde dicho revestimiento comprende un polímero no iónico y un polímero aniónico y un lubricante.
La composición que comprende fibras de celulosa y fibras de polilactida según la composición de uno cualquiera de los aspectos adicionales anteriores, en donde las fibras de polilactida tienen una longitud de 2 a 6 mm.
La composición que comprende fibras de celulosa y fibras de polilactida según la composición de uno cualquiera de
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Ejemplo 1 -Fabricación de una composición
Suspensión de fibras de PLA
Se adquirieron fibras de PLA denominadas Trevira D260 en Trevira GmbH, Hattersheim, Alemania.
Se suspendieron fibras de PLA secas en un recipiente para suspensión con un volumen de 30 m3. Se añadió agua que tenía una temperatura de 50ºC al recipiente, y después se añadieron aproximadamente 660 a 1.200 kg de fibras de PLA revestidas. Se añadió agua adicional que tenía una temperatura de 60ºC hasta que la suspensión tuvo una concentración de 3,5% en peso de fibras de PLA revestidas.
La mezcla se realizó mediante un impulsor que tenía un número de revoluciones de 43 ± 3 rpm, que corresponde a un número OG de 11 según el modelo de cálculo de STAMO. STAMO es un factor de mezcla usado para describir el efecto del mezclador, y se calcula usando el número Re (es decir, número de Reynolds), el tamaño, forma y velocidad del mezclador. En este ejemplo, Re es aproximadamente 3 millones. OG es una medida de la turbulencia, y este número depende del ángulo de las cuchillas del deflector, la velocidad de rotación (rpm), el tamaño del recipiente, el tamaño del impulsor, las propiedades de la suspensión.
Después de mezclar hasta que la suspensión se dispersó homogéneamante durante aproximadamente 15 minutos, la suspensión de PLA se bombeó hacia un tanque de almacenamiento de 60 m3, en donde se realizó la mezcla usando cuatro impulsores instalados sobre un eje vertical que giraba a 43 ± 3 rpm, que corresponde al número OG de 12,4 según el modelo de cálculo de STAMO. La suspensión de PLA se mantuvo en el tanque de almacenamiento durante un tiempo corto, hasta 1 hora.
Suspensión de fibras celulósicas
Se añadieron fibras celulósicas en la forma de una suspensión de pulpa a un recipiente, y se añadió agua hasta que la concentración de la suspensión fue 3,5 ± 2%. El pH se ajustó de pH 8 a pH 4,8 con H2SO4 diluido. La suspensión de pulpa se bonbeó desde el recipiente hasta un tamiz de desgaste, en donde la pulpa aceptada pasó a una jaula de desgaste de 0,18 mm. La suspensión de pulpa cribada se transfirió después a un refinador de cono, en donde la pulpa se refinó hasta 100 kWh/ton con un equipo de refinado equipado con barra de 4 mm, anchura de ranura 5 mm, longitud de corte 4,62 mm y un ángulo de barra de 60º. La carga de borde específica fue 4,3 J/m a 600 rpm. La temperatura de refinado fue 60-90º C. Después del refinado, la suspensión de pulpa obtenida se almacenó en un recipiente de compensación antes de ser mezclada con la suspensión de PLA.
Fabricación de la composición
La suspensión de fibras de PLA se transportó en una tubería y se añadió a la suspensión de pulpa celulósica antes de la bomba de mezcla. Desde aquí, la composición obtenida se bombeó hacia la prensa de retirada de agua VPD. La composición comprendía 30 ± 3% de fibras de PLA.
Retirada de agua:
Se usó una prensa VPD para retirar el agua de la composición de fibras de pulpa/PLA por medio del recipiente de carga sobre la cara inferior, y la retirada de agua se realizó en el pellizco entre dos rodillos en rotación. Los rodillos eran huecos y funcionaban como filtros mecánicos en donde el agua pasaba dentro del rodillo mientras una pasta de fibras quedaba sobre la superficie del rodillo. La pasta de fibras obtenida se retiró del rodillo por raspado y se transportó al ventilador húmedo y se sopló hacia el secador de copos.
El contenido seco de los copos fue aproximadamente 55 ± 5%.
Secado:
El secado se realizó en varias etapas usando un secador rápido y aire caliente (150ºC). El contenido seco de la composición después del secado fue aproximadamente 88,5 ± 1%.
Compresión:
Después de que se hubo realizado el secado, la composición se transfirió como composición fluidizada a una prensa de formación de balas. La temperatura fue 30 ± 3ºC. Se determinó el peso de la composición obtenida, y dependió de cuántas capas de composición prensada se usaron y de la rotación del alimentador de barrena.
Ejemplo 2 -Fabricación de una lámina de papel
Se lavó pulpa kraft de madera blanda nunca secada y se refinó en un refinador de disco Voith LR40 a una concentración de 4% en peso. La energía de refinado específica fue variada de 0 a 150 kWh/ton y la carga borde
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específica fue 2 J/m. Después del refinado, la suspensión de pulpa se mezcló con una suspensión acuosa de fibras de PLA que tenían un contenido de PLA de 0 a 50% en peso (0 significa que la suspensión comprendía fibras celulósicas solamente, y esta muestra se usó como muestra de referencia) y se secó a 90ºC y 50% RH hasta que se obtuvo un contenido de sólidos de 90%. Después del secado, se hicieron pequeñas balas de copos comprimiendo la composición seca que comprendía fibras celulósicas y fibras de PLA revestidas en un molde de acero (10x20 cm) que tenía la prensa de 14 toneladas y la última con prensa de 35 toneladas.
La bala se disolvió en agua y se refinó de nuevo en un refinador de disco Voith LR40 a una concentración de 4% en peso. Antes del refinado, se desintegró la pulpa por circulación durante 10 minutos sin carga. El refinado se ajustó a una energía de refinado específica de 0 a 200 kWh/ton y la carga de borde específica fue 2 J/m.
Todas las láminas de papel (refinadas por molino de pulpa y molino de papel) se hicieron en un formador de láminas Finnish según ISO 5269-1. Antes de que se produjeran las láminas de papel, la composición que comprendía las fibras celulósicas y fibras de PLA revestidas fue desintegrada en un formador de pulpa a 30.000 rpm a una concentración de 3%. Después de formar la pulpa, la composición se diluyó y se añadió la cantidad apropiada al formador de láminas, en donde se produjeron láminas húmedas (16,5x16,5 cm) que tenían un peso base de 100 g/m2. Las láminas húmedas se cubrieron y se retiraron del alambre de papel. Después de la formación, las láminas húmedas se prensaron en dos rondas de 400 kPa (5,2 y 2,2 minutos) entre papeles secantes que fueron cambiados por papeles secantes secos entre los prensados. El contenido de sólidos de la lámina de papel húmeda después del prensado varió, y fue de 50 a 60% en peso. Estas láminas de papel se secaron durante al menos 3 días en una sala acondicionada a 23 ºC y 50% RH.
Las láminas de papel secas se usaron para el ensayo físico.
El ensayo físico se realizó según procedimientos estándar para ensayos del papel. El grosor se determinó según el estándar EN20534. Las medidas se llevaron a cabo con un micrómetro de precisión con una presión estática de 100 kPa y sobre una superficie de 200 mm2. Con estos datos y el peso de la muestra se calculó la densidad superficial y el gramaje del papel. La resistencia al desgarro se hizo con un medidor Lorentzen & Wettre de acuerdo con el método estándar EN 21 974, que usó muestras de 62x40 mm. La resistencia a la tracción (índice de tracción, TSI, TEA, alargamiento a la rotura (estiramiento)) de acuerdo con ISO 1924-3, dentro de tiras de papel de 15 mm, se analizaron mediante 100 mm/min de velocidad de deformación, y la distancia entre las abrazaderas fue 100 mm. Las medidas de resistencia a la humedad se hicieron según EN 12625-5 con 10 tiras y un medidor de tracción Roel Zwick. El empapamiento de las muestras se realizó durante 15 s, el alargamiento fue 50 mm/min y la distancia entre la abrazadera y la varilla fue 50 mm. La permeabilidad al aire se determinó de acuerdo con ISO 5636-5 (Gurly). El valor de retención de agua WRV se midió según SCAN-C 62:00, en donde 2 g de pulpa completamente seca se centrifugaron durante 10 minutos en 10.000 rpm. La resistencia Z se analizó según SCAN P90. La resistencia al plegado y la resistencia del plegado (Köhler-Molin) se analizaron según ISO 5626:1993 y la formación beta según el FA 11 701.
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