ES2664942T3

ES2664942T3 - Fibras de pulpas mejoradas en la superficie, métodos de fabricación de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie y métodos de fabricación de productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie

Info

Publication number: ES2664942T3
Application number: ES13759601.1T
Authority: ES
Inventors: Harshad PANDE; Bruno Marcoccia
Original assignee: Domtar Paper Co LLC
Current assignee: Domtar Paper Co LLC
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2018-04-24
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: MX352294B; EP2888401A1; AU2017208269A1; US10975499B2; NZ705191A; MX2022003619A; PT2888401T; CN104781467A; US10704165B2; RU2707797C2; CN104781467B; BR112015003819A2; US20160340802A1; BR112015003819A8; JP6411346B2; EP3287564B1; KR20150052097A; AU2013305802A1; WO2014031737A1; JP2018135631A

Abstract

Una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie que tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos 0.3 milímetros y un área de superficie específica hidrodinámica media de al menos 10 metros cuadrados por gramo. caracterizadas porque el número de fibras de pulpa es de al menos 12.000 fibras/miligramo en una muestra que se ha secado a una temperatura de 105°C durante 24 horas.

Description

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DESCRIPCION

Fibras de pulpas mejoradas en la superficie, métodos de fabricación de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie y métodos de fabricación de productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere generalmente a fibras de pulpa mejoradas en la superficie que pueden usarse, por ejemplo, en pulpa, papel, cartón, materiales compuestos de biofibras (por ejemplo, tableros de fibrocemento, plásticos reforzados con fibras, etc.), productos absorbentes (por ejemplo, pulpa de pelusa, hidrogeles, etc.), productos químicos especiales derivados de celulosa (por ejemplo, acetato de celulosa, carboximetilcelulosa (CMC), etc.) y otros productos. La presente invención también se refiere a métodos para fabricar fibras de pulpa mejoradas en la superficie, productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie, y métodos para fabricar productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie.

Antecedentes

Las fibras de pulpa, como las fibras de pulpa de madera, se utilizan en una variedad de productos que incluyen, por ejemplo, pulpa, papel, cartón, materiales compuestos de biofibras (por ejemplo, tableros de fibrocemento, plásticos reforzados con fibra, etc.), productos absorbentes (por ejemplo, pulpa de pelusa, hidrogeles, etc.), productos químicos especiales derivados de celulosa (por ejemplo, acetato de celulosa, carboximetil celulosa (CMC), etc.) y otros productos. Las fibras de pulpa se pueden obtener a partir de una variedad de tipos de madera incluyendo maderas duras (por ejemplo, roble, goma, arce, álamo, eucalipto, álamo temblón, abedul, etc.), maderas blandas (por ejemplo., abeto, pino, pinabete, cicuta, pino del sur, secoya, etc.) y no madereros (por ejemplo, kenaf, cáñamo, paja, bagazo, etc.). Las propiedades de las fibras de pulpa pueden afectar las propiedades del producto final, como el papel, las propiedades de los productos intermedios y el rendimiento de los procesos de fabricación utilizados para fabricar los productos (por ejemplo, productividad de la máquina de papel y costo de fabricación). Las fibras de pulpa se pueden procesar de varias maneras para lograr diferentes propiedades. Dependiendo de las condiciones de refinación, el proceso de refinado puede causar reducciones significativas en la longitud de las fibras, puede generar, para ciertas aplicaciones, cantidades indeseables de finos y, de lo contrario, puede afectar las fibras de manera que afecte negativamente al producto final, un producto intermedio, y/o el proceso de fabricación. Por ejemplo, la generación de finos puede ser desventajosa en algunas aplicaciones porque los finos pueden desacelerar el drenaje, aumentar la retención de agua y aumentar el consumo de productos químicos del extremo húmedo en la fabricación de papel, lo que puede ser indeseable en algunos procesos y aplicaciones.

Las fibras en la pulpa de madera típicamente tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud que varía entre 0.5 y 3.0 milímetros antes del procesamiento a pulpa, papel, cartón, materiales compuestos de biofibras (por ejemplo, tablero de fibrocemento, plásticos reforzados con fibra, etc.), productos absorbentes (por ejemplo pulpas de pelusa, hidrogeles, etc.), productos químicos especiales derivados de celulosa (por ejemplo, acetato de celulosa, carboximetilcelulosa (CMC), etc.) y productos similares. La refinación y otros pasos de procesamiento pueden acortar la longitud de las fibras de pulpa. En las técnicas de refinación convencionales, las fibras se pasan generalmente solo una vez, pero generalmente no más de 2-3 veces, a través de un refinador que usa una energía relativamente baja (por ejemplo, alrededor de 20-80 kWh/tonelada para fibras de madera dura) y usando una carga de borde específico de alrededor de 0.4-0.8 Ws/m para fibras de madera dura para producir papel fino típico.

Resumen

La presente invención se refiere en general a diversas realizaciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, métodos para producir, aplicar y suministrar fibras de pulpa mejoradas en la superficie, productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie, y métodos para producir, aplicar y suministrar productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie y otros diversos descritos aquí. La presente invención proporciona una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie como se definió en la reivindicación 1.

En diversas realizaciones, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención tienen áreas superficiales significativamente más altas sin reducciones significativas en las longitudes de fibra, en comparación con las fibras refinadas convencionales, y sin que se genere una cantidad sustancial de finos durante la fibrilación. En una realización, una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tiene una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos aproximadamente 0.3 milímetros y un área superficial hidrodinámica media específica de al menos aproximadamente 10 metros cuadrados por gramo, donde el número de fibras de pulpa mejoradas en la superficie es al menos 12,000 fibras/miligramo secadas al horno. Las fibras tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos aproximadamente 0.35 milímetros en otras realizaciones, y al menos aproximadamente 0.4 milímetros en otras. En algunas realizaciones, las fibras tienen un área superficial específica hidrodinámica media de al menos aproximadamente 12 metros cuadrados por gramo. Una pluralidad de fibras de

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pulpa mejoradas en la superficie, en algunas realizaciones, tienen un valor de finos ponderados en longitud de menos del 40% cuando las fibras que tienen una longitud de 0.2 milímetros o menos se clasifican como finos. En realizaciones adicionales, las fibras tienen un valor de finos ponderados en longitud de menos del 22%.

En algunas realizaciones de la presente invención, una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tiene una longitud media ponderada en longitud que es al menos 60% de la longitud media ponderada en longitud de las fibras antes de la fibrilación y un área superficial específica hidrodinámica media que es al menos 4 veces mayor que el área superficial específica promedio de las fibras antes de la fibrilación. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, en algunas realizaciones adicionales, tienen una longitud media ponderada en longitud que es al menos 70% de la longitud media ponderada en longitud de las fibras antes de la fibrilación. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, en algunas realizaciones adicionales, tienen un área superficial específica hidrodinámica media que es al menos 8 veces mayor que el área superficial específica hidrodinámica media de las fibras antes de la fibrilación. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tiene una longitud de fibra media ponderada en longitud (Lw) de al menos aproximadamente 0.3 milímetros y un área superficial hidrodinámica media específica de al menos aproximadamente 10 metros cuadrados por gramo, donde el número de fibras de pulpa mejoradas en la superficie es al menos 12,000 fibras/miligramo sobre una base de secado en horno, en algunas realizaciones adicionales. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, en algunas realizaciones adicionales, tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud (Lw) de al menos aproximadamente 0.4 milímetros y un área superficial hidrodinámica media específica de al menos aproximadamente 12 metros cuadrados por gramo, donde el número de las fibras de pulpa mejoradas en la superficie es al menos 12,000 fibras/miligramo secadas al horno. En algunas realizaciones, la pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tiene un valor de finos ponderados en longitud inferior al 40% cuando las fibras que tienen una longitud de 0.2 milímetros o menos se clasifican como finos. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tiene un valor de finos ponderados en longitud inferior al 22% en algunas realizaciones.

La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie puede originarse a partir de maderas duras o maderas blandas en diversas realizaciones.

La presente invención también se refiere a artículos de fabricación que incorporan una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención. Los ejemplos de tales artículos de fabricación incluyen, sin limitación, productos de papel, productos de cartón, tableros de fibrocemento, plásticos reforzados con fibra, pulpas de pelusa e hidrogeles.

La presente invención también se refiere a artículos de fabricación formados a partir de una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención. Los ejemplos de tales artículos de fabricación incluyen, sin limitación, productos de acetato de celulosa y productos de carboximetilcelulosa.

La presente invención proporciona un método para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie como se definió en la reivindicación 7. En algunas realizaciones, un método para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie comprende introducir fibras de pulpa sin refinar en un refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras, en donde las placas tienen un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos, y refinar las fibras hasta que se alcance un consumo de energía de al menos 300 kWh/ton para el refinador para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Las placas tienen un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos en algunas realizaciones. En algunas realizaciones, las fibras se refinan hasta que se alcanza un consumo de energía de al menos 450 kWh/ton para el refinador, o hasta que se alcanza un consumo de energía de al menos 650 kWh/ton para el refinador en otras realizaciones. En algunas realizaciones, las fibras se refinan hasta que se alcanza un consumo de energía entre aproximadamente 300 kWh/ton y aproximadamente 650 kWh/ton para el refinador. Las fibras, en algunas realizaciones adicionales, se refinan hasta que se alcanza un consumo de energía entre aproximadamente 450 kWh/ton y aproximadamente 650 kWh/ton para el refinador. El refinador opera a una carga de borde específica entre aproximadamente 0.1 y aproximadamente 0.3 Ws/m en algunas realizaciones, y a una carga de borde específica entre aproximadamente 0.1 y aproximadamente 0.2 Ws/m en otras realizaciones.

En algunas realizaciones, las fibras pueden recircularse a través del refinador. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las fibras se recirculan a través del refinador una pluralidad de veces hasta que se alcanza un consumo de energía de al menos 300 kWh/ton. Las fibras, en algunas realizaciones, se recirculan a través del refinador al menos tres veces. En algunas realizaciones, una parte de las fibras se retira y otra parte se recircula. Algunas realizaciones de métodos de la presente invención comprenden además eliminar continuamente una pluralidad de fibras del refinador mecánico, en el que una parte de las fibras eliminadas son fibras de pulpa mejoradas en la superficie, y recircular más de aproximadamente 80% de las fibras retiradas al refinador mecánico para una mayor refinación.

Algunas realizaciones de los métodos de la presente invención utilizan dos o más refinadores mecánicos. En algunas de tales realizaciones, un método para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie comprende introducir fibras de pulpa sin refinar en un primer refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras, en el que las placas

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tienen un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos, refinando las fibras en el primer refinador mecánico, transportando las fibras a al menos un refinador mecánico adicional que comprende un par de placas refinadoras, en donde las placas tienen un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos, y refinar las fibras en el al menos un refinador mecánico adicional hasta que se alcance un consumo total de energía de al menos 300 kWh/ton para los refinadores para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Las fibras se refinan en el primer refinador mecánico recirculando al menos una parte de las fibras a través del primer refinador mecánico una pluralidad de veces, en algunas realizaciones. En algunas realizaciones, las fibras se recirculan a través de un refinador mecánico adicional una pluralidad de veces. Las placas refinadoras en el primer refinador mecánico, en algunas realizaciones adicionales, tienen un ancho de barra superior a 1.0 milímetros y un ancho de ranura superior o igual a 2.0 milímetros, y las placas refinadoras en el al menos un refinador mecánico adicional tienen un ancho de barra 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos.

Los métodos para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie, en algunas realizaciones, comprenden introducir fibras de pulpa sin refinar en un refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras, en donde las placas tienen un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.0 milímetros o menos, refinando las fibras, retirando continuamente una pluralidad de fibras del refinador mecánico, en donde una porción de las fibras eliminadas son fibras de pulpa mejoradas en la superficie, y recirculando más de aproximadamente el 80% de las fibras retiradas de vuelta al refinador mecánico para un refinado adicional.

Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie producidas por los métodos de la presente invención, en algunas realizaciones, pueden poseer una o más de las propiedades descritas en este documento. Por ejemplo, según algunas realizaciones, tales fibras de pulpa mejoradas en la superficie tienen una longitud media ponderada de longitud que es al menos 60% de la longitud media ponderada de longitud de las fibras de pulpa no refinadas y una superficie específica hidrodinámica media que es al menos 4 veces mayor que el área de superficie específica promedio de las fibras de pulpa no refinadas.

Estas y otras realizaciones se presentan con mayor detalle en la descripción detallada que sigue.

Breve descripción de los dibujos

La Figura. 1 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema para fabricar un producto de papel de acuerdo con una realización no limitativa de la presente invención.

La Figura es un diagrama de bloques que ilustra un sistema para fabricar un producto de papel que incluye un segundo refinador de acuerdo con una realización no limitativa de la presente invención.

Descripción detallada

Las realizaciones de la presente invención se refieren en general a fibras de pulpa mejoradas en la superficie, métodos para producir, aplicar y suministrar pulpa superficial mejorada, productos que incorporan fibras mejoradas de pulpa superficial, y métodos para producir, aplicar y entregar productos que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie, y otros como será evidente a partir de la siguiente descripción. Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie están fibriladas en una extensión que proporciona propiedades deseables como se expone a continuación y se pueden caracterizar por ser altamente fibriladas. En diversas realizaciones, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención tienen áreas superficiales significativamente más altas sin reducciones significativas en las longitudes de fibra, en comparación con las fibras refinadas convencionales, y sin que se genere una cantidad sustancial de finos durante la fibrilación. Tales fibras de pulpa mejoradas en la superficie pueden ser útiles en la producción de pulpa, papel y otros productos como se describe en este documento.

Las fibras de pulpa que pueden mejorarse en la superficie según las realizaciones de la presente invención pueden originarse a partir de una variedad de tipos de madera, que incluyen madera dura y madera blanda. Los ejemplos no limitantes de fibras de pulpa de madera dura que pueden usarse en algunas realizaciones de la presente invención incluyen, sin limitación, roble, goma, arce, álamo, eucalipto, álamo temblón, abedul y otros conocidos por los expertos en la técnica. Los ejemplos no limitantes de fibras de pulpa de madera blanda que pueden usarse en algunas realizaciones de la presente invención incluyen, sin limitación, abeto, pino, pinabete, cicuta, pino del sur, secoya y otros conocidos por los expertos en la técnica. Las fibras de pulpa pueden obtenerse a partir de una fuente química (por ejemplo, un proceso Kraft, un proceso de sulfito, un proceso de pulpeo de soda, etc.), una fuente mecánica (por ejemplo, un proceso termomecánico (TMP), un proceso químio-termomecánico de blanqueado (BCTMP), etc.), o combinaciones de los mismos. Las fibras de pulpa también pueden originarse a partir de fibras no maderables tales como lino, algodón, bagazo, cáñamo, paja, kenaf, etc. Las fibras de pulpa pueden blanquearse, blanquearse parcialmente o no blanquearse con diversos grados de contenido de lignina y otras impurezas. En algunas realizaciones, las fibras de pulpa pueden ser fibras recicladas o fibras posconsumidor.

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Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención se pueden caracterizar de acuerdo con diversas propiedades y combinaciones de propiedades que incluyen, por ejemplo, longitud, área superficial específica, cambio en longitud, cambio en área superficial específica, propiedades superficiales (por ejemplo., actividad de superficie, energía superficial, etc.), porcentaje de finos, propiedades de drenaje (por ejemplo., Schopper-Riegler), medición de crill (fibrilación), propiedades de absorción de agua (por ejemplo., valor de retención de agua, velocidad de absorción, etc.) y varias combinaciones de los mismos. Aunque la siguiente descripción puede no identificar específicamente cada una de las diversas combinaciones de propiedades, debe entenderse que diferentes realizaciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie pueden poseer una, más de una, o todas las propiedades descritas aquí.

Algunas realizaciones de la presente invención se refieren a una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, la pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tiene una longitud media de fibra ponderada en longitud de al menos aproximadamente 0.3 milímetros, preferiblemente al menos aproximadamente 0.35 milímetros, siendo la más preferida una longitud de aproximadamente 0.4 milímetros, en la que el número de fibras de pulpa mejorada en la superficie es al menos 12,000/miligramo sobre una base de secado en horno. Como se usa en el presente documento, “una base secada en horno” significa que la muestra se seca en un horno ajustado a 105°C durante 24 horas. En general, cuanto mayor es la longitud de las fibras, mayor es la resistencia de las fibras y el producto resultante que incorpora tales fibras. Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de tales realizaciones pueden ser útiles, por ejemplo, en aplicaciones de fabricación de papel. Tal como se utiliza aquí, la longitud media ponderada de longitud se mide usando un analizador de calidad de fibra LDA02 o un analizador de calidad de fibra LDA96, cada uno de ellos de OpTest Equipment, Inc. de Hawkesbury, Ontario, Canadá, y de acuerdo con los procedimientos apropiados especificados en el manual que acompaña al analizador de calidad de fibra. Como se usa en el presente documento, la longitud promedio ponderada de longitud (Lw) se calcula de acuerdo con la fórmula:

imagen1

en donde i se refiere al número de categoría (o bin) (por ejemplo., 1, 2, .... N), ni se refiere al recuento de fibras en la categoría iésima, y Li se refiere a la longitud de contorno - longitud de centro de la clase de histogramaen la iésima categoría.

Como se indicó anteriormente, un aspecto de las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención es la preservación de las longitudes de las fibras después de la fibrilación. En algunas realizaciones, una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie puede tener una longitud media ponderada en longitud que es al menos 60% de la longitud media ponderada en longitud de las fibras antes de la fibrilación. Una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, de acuerdo con algunas realizaciones, puede tener una longitud media ponderada en longitud que es al menos 70% de la longitud media ponderada en longitud de las fibras antes de la fibrilación. Para determinar la conservación del porcentaje de longitud, se puede medir la longitud media ponderada en longitud de una pluralidad de fibras (como se describió anteriormente) tanto antes como después de la fibrilación y los valores se pueden comparar usando la siguiente fórmula:

LjjpÍ antes ) — ¿.^(después) (antes )

Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención tienen ventajosamente grandes áreas superficiales específicas hidrodinámicas que pueden ser útiles en algunas aplicaciones, tales como la fabricación de papel. En algunas realizaciones, la presente invención se refiere a una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie en donde las fibras tienen un área superficial específica hidrodinámica media de al menos aproximadamente 10 metros cuadrados por gramo, y más preferiblemente al menos aproximadamente 12 metros cuadrados por gramo. Con fines ilustrativos, una fibra de fabricación de papel no refinada típica tendría una superficie específica hidrodinámica de 2 m2/g. Como se usa en este documento, el área superficial específica hidrodinámica se mide de acuerdo con el procedimiento especificado en Characterizing the drainage resistance ofpulp and microfibrillar suspensions using hydrodynamic flowmeasurements, N. LavrykovaMarrain and B. Ramarao, TAPPI's PaperCon 2012 Conference, available at
http://www.tappi.org/Hide/Events/12PaperCon/Papers/12PAP116.aspx, que se incorpora aquí como referencia.

Una ventaja de la presente invención es que las áreas superficiales específicas hidrodinámicas de las fibras de pulpa mejoradas en la superficie son significativamente mayores que las de las fibras antes de la fibrilación. En algunas realizaciones, una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie puede tener un área superficial específica hidrodinámica media que es al menos 4 veces mayor que el área superficial específica promedio de las fibras antes

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de la fibrilación, preferiblemente al menos 6 veces mayor que el área superficial específica promedio de las fibras antes de la fibrilación, y lo más preferiblemente al menos 8 veces mayor que el área superficial específica promedio de las fibras antes de la fibrilación. Las fibras de pulpa mejoradas de superficie de tales realizaciones pueden ser útiles, por ejemplo, en aplicaciones de fabricación de papel. En general, el área superficial específica hidrodinámica es un buen indicador de actividad superficial, de manera que se puede esperar que las fibras de pulpa mejoradas de superficie de la presente invención, en algunas realizaciones, tengan buenas propiedades de unión y retención de agua y se pueda esperar que funcionen bien en las aplicaciones de refuerzo.

Como se indicó anteriormente, en algunas realizaciones, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención tienen ventajosamente áreas superficiales específicas hidrodinámicas incrementadas al tiempo que se preservan las longitudes de las fibras. El aumento del área superficial específica hidrodinámica puede tener una serie de ventajas dependiendo del uso que incluyen, sin limitación, proporcionar un mayor enlace de fibra, absorción de agua u otros materiales, retención de compuestos orgánicos, mayor energía superficial y otros.

Las realizaciones de la presente invención se refieren a una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, en donde la pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tienen una longitud media de fibra ponderada en longitud de al menos aproximadamente 0.3 milímetros y una superficie específica hidrodinámica media de al menos aproximadamente 10 metros cuadrados por gramo, en donde el número de fibras de pulpa mejoradas en la superficie es de al menos 12,000/miligramo sobre una base de secado en horno. Una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, en realizaciones preferidas, tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos aproximadamente 0.35 milímetros y un área superficial hidrodinámica media específica de al menos aproximadamente 12 metros cuadrados por gramo, donde el número de fibras de pulpa mejoradas en la superficie es de al menos 12,000/miligramo sobre una base de secado en horno. En una realización más preferida, una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos aproximadamente 0.4 milímetros y un área superficial hidrodinámica media específica de al menos aproximadamente 12 metros cuadrados por gramo, donde el número de fibras de pulpa mejorada en la superficie son al menos 12,000/miligramo sobre una base de secado en horno. Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de tales realizaciones pueden ser útiles, por ejemplo, en aplicaciones de fabricación de papel.

En el refinamiento de las fibras de pulpa para proporcionar fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención, algunas realizaciones preferiblemente minimizan la generación de finos. Como se usa en este documento, el término “finos” se usa para referirse a fibras de pulpa que tienen una longitud de 0.2 milímetros o menos. En algunas realizaciones, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie tienen un valor de finos ponderados de longitud de menos de 40%, más preferiblemente menos de 22%, siendo menos preferido de menos de 20%. Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de tales realizaciones pueden ser útiles, por ejemplo, en aplicaciones de fabricación de papel. Tal como se usa en la presente memoria, el valor de los “finos ponderados en longitud” se mide usando un analizador de calidad de fibra LDA02 o un analizador de calidad de fibra LDA96, cada uno de ellos de OpTest Equipment, Inc. de Hawkesbury, Ontario, Canadá, y de acuerdo con los procedimientos apropiados especificados en el manual que acompaña al Analizador de calidad de fibra. Como se usa en este documento, el porcentaje de finos ponderados por longitud se calcula de acuerdo con la fórmula:

% de finos ponderados en longitud = 100 X

h

donde n se refiere al número de fibras que tienen una longitud de menos de 0.2 milímetros, Li se refiere a la longitud del punto medio de la clase de finos, y Lt se refiere a la longitud total de la fibra.

Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención ofrecen simultáneamente las ventajas de la conservación de la longitud y el área superficial específica relativamente alta sin, en las realizaciones preferidas, el detrimento de la generación de un gran número de finos. Además, una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, de acuerdo con diversas realizaciones, puede poseer simultáneamente una o más de las otras propiedades mencionadas anteriormente (por ejemplo Longitud de fibra media ponderada en longitud, cambio en el área superficial específica hidrodinámica media y/o propiedades de actividad superficial) mientras que también tiene un porcentaje relativamente bajo de finos. Tales fibras, en algunas realizaciones, pueden minimizar los efectos negativos sobre el drenaje al tiempo que también retienen o mejoran la resistencia de los productos en los que están incorporados.

Otras propiedades ventajosas de las fibras de pulpa mejoradas en la superficie se pueden caracterizar cuando las fibras se procesan en otros productos y se describirán a continuación siguiendo una descripción de métodos para hacer que la superficie mejore las fibras de pulpa.

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Las realizaciones de la presente invención también se refieren a métodos para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Las técnicas de refinado usadas en los métodos de la presente invención pueden conservar ventajosamente las longitudes de las fibras al mismo tiempo que aumentan la cantidad de área superficial. En realizaciones preferidas, dichos métodos también minimizan la cantidad de finos y/o mejoran la resistencia de los productos (por ejemplo, resistencia a la tracción, resistencia a la unión scott, resistencia de la banda húmeda de un producto de papel) incorporando las fibras de pulpa mejoradas en la superficie en algunas realizaciones.

En una realización, un método para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie comprende introducir fibras de pulpa sin refinar en un refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras, en donde las placas tienen un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos, y refinar las fibras hasta que se alcance un consumo de energía de al menos 300 kWh/ton para el refinador para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Los expertos en la técnica conocen las dimensiones del ancho de la barra y el ancho de la ranura en relación con las placas refinadoras. En la medida en que se busque información adicional, se hace referencia a Christopher J. Biermann, Handbook of Pulping and Papermaking (2da Ed. 1996) en la p. 145, que se incorpora aquí por referencia. Las placas, en una realización preferida, tienen un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos, y las fibras pueden refinarse hasta que se alcance un consumo de energía de al menos 300 kWh/tonelada para el refinador. Producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En una realización más preferida, las placas tienen un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.3 milímetros o menos, y las fibras pueden refinarse hasta que se alcance un consumo de energía de al menos 300 kWh/tonelada para el refinador producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Tal como se usa en la presente memoria y como entienden los expertos habituales en la técnica, las referencias al consumo de energía o a la energía de refinación utilizan unidades de kWh/tonelada, entendiéndose que “/ton” o “por ton” se refiere a toneladas de pulpa que pasan por el refinador sobre una base seca. En algunas realizaciones, las fibras se refinan hasta que se alcanza un consumo de energía de al menos 650 kWh/ton para el refinador. La pluralidad de fibras se puede refinar hasta que posean una o más de las propiedades descritas en este documento relacionadas con las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención. Como se describe con más detalle a continuación, las personas expertas en la materia reconocerán que pueden requerirse energías de refinado significativamente mayores de 300 kWh/ton para ciertos tipos de fibras de madera y que la cantidad de energía de refinación necesaria para impartir las propiedades deseadas a las fibras de pulpa también pueden variar.

En una realización, las fibras de pulpa no refinadas se introducen en un refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras o una serie de refinadores. Las fibras de pulpa sin refinar pueden incluir cualquiera de las fibras de pulpa descritas aquí, tales como, por ejemplo, fibras de pulpa de madera dura o fibras de pulpa de madera blanda o fibras de pulpa no maderables, de una variedad de procesos descritos en la presente memoria (por ejemplo., mecánicos, químicos, etc.) Además, las fibras de pulpa sin refinar o la fuente de fibra de pulpa se pueden proporcionar en una condición de paquete o de lodo. Por ejemplo, en una realización, una fuente de fibra de pulpa en paquete puede comprender entre aproximadamente 7 y aproximadamente 11% de agua y entre aproximadamente 89 y aproximadamente 93% de sólidos. Asimismo, por ejemplo, un suministro de lodo de fibras de pulpa puede comprender aproximadamente 95% de agua y aproximadamente 5% de sólidos en una realización. En algunas realizaciones, la fuente de fibra de pulpa no se ha secado en un secador de pulpa.

Ejemplos no limitativos de refinadores que se pueden usar para producir fibras de pulpa mejoradas de superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención incluyen refinadores de doble disco, refinadores cónicos, refinadores de disco único, refinadores de discos múltiples o refinadores cónicos y de disco en combinación. Ejemplos no limitativos de refinadores de disco doble incluyen refinadores Beloit DD 3000, Beloit DD 4000 o Andritz DO. Ejemplo no limitativo de un refinador cónico son los refinadores Sunds JC01, Sunds JC02 y Sunds JC03.

El diseño de las placas de refinado, así como las condiciones de operación son importantes para producir algunas realizaciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. El ancho de la barra, el ancho de la ranura y la profundidad de la ranura son los parámetros de la placa refinadora que se utilizan para caracterizar las placas refinadoras. En general, las placas de refinación para uso en diversas realizaciones de la presente invención se pueden caracterizar como acanaladas finas. Dichas placas pueden tener un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos. Tales placas, en algunas realizaciones, pueden tener un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos. En algunas realizaciones, tales placas pueden tener un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos. Tales placas, en algunas realizaciones, pueden tener un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.3 milímetros o menos. Las placas de refinado que tienen un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos también pueden denominarse placas de refinado ultrafinas. Dichas placas están disponibles bajo la marca FINEBAR® de Aikawa Fiber Technologies (AFT). Bajo las condiciones de operación apropiadas, tales placas acanaladas finas pueden aumentar el número de fibrillas en una fibra de pulpa (es decir, aumentar la fibrilación) mientras se preserva la longitud de la fibra y se minimiza la producción de finos. Placas convencionales (por ejemplo, anchuras de barra de más de 1.3 milímetros y/o anchuras de ranura de más de 2.0 milímetros) y/o condiciones de operación inadecuadas pueden mejorar significativamente el corte de fibra en las fibras de pulpa y/o generar un nivel indeseable de finos.

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Las condiciones de operación del refinador también pueden ser importantes en la producción de algunas realizaciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie se pueden producir recirculando fibras de pulpa que originalmente no se refinaron a través del (de los) refinador (es) hasta que se alcanza un consumo de energía de al menos aproximadamente 300 kWh/ton. Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie se pueden producir recirculando fibras de pulpa que originalmente no se refinaron a través del (de los) refinador(es) hasta que se alcanza un consumo de energía de al menos aproximadamente 450 kWh/tonelada en algunas realizaciones. En algunas realizaciones, las fibras pueden recircularse en el refinador hasta que se alcanza un consumo de energía de entre aproximadamente 450 y aproximadamente 650 kWh/ton. En algunas realizaciones, el refinador puede operar a una carga de borde específica entre aproximadamente 0.1 y aproximadamente 0.3 Ws/m. El refinador puede operar a una carga de borde específica de entre aproximadamente 0.15 y aproximadamente 0.2 Ws/m en otras realizaciones. En algunas realizaciones, se alcanza un consumo de energía de entre aproximadamente 450 y aproximadamente 650 kWh/tonelada usando una carga de borde específica de entre aproximadamente 0.1 Ws/my aproximadamente 0.2 Ws/m para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Carga de borde específica (o SEL) es un término que los expertos en la técnica entienden que se refiere al cociente de potencia neta aplicada dividido por el producto de la velocidad de rotación y la longitud del borde. SEL se utiliza para caracterizar la intensidad de refinación y se expresa como vatio-segundo/metro (Ws/m).

Como se describe con más detalle a continuación, las personas expertas en la materia reconocerán que pueden requerirse energías de refinado significativamente mayores de 400 kWh/ton para ciertos tipos de fibras de madera y que la cantidad de energía de refinación necesaria para impartir las propiedades deseadas a las fibras de pulpa también pueden variar. Por ejemplo, las fibras de madera dura combinadas del sur (por ejemplo, roble, goma, olmo, etc.) pueden requerir energías de refinación de entre aproximadamente 450-650 kWh/ton. Por el contrario, las fibras de madera dura del Norte (por ejemplo, arce, abedul, álamo temblón, haya, etc.) pueden requerir energías de refinación de entre aproximadamente 350 y aproximadamente 500 kWh/ton ya que las fibras de madera dura del Norte son menos gruesas que las fibras de madera dura del Sur. De forma similar, las fibras de madera de blanda del sur (por ejemplo, pino) pueden requerir cantidades aún mayores de energía de refinación. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el refinado de fibras de madera blanda del Sur de acuerdo con algunas realizaciones puede ser significativamente mayor (por ejemplo, al menos 1000 kWh/ton).

La energía de refinación también se puede proporcionar de varias maneras dependiendo de la cantidad de energía de refinación que se proporcionará en un solo paso a través de un refinador y el número de pases deseados. En algunas realizaciones, los refinadores usados en algunos métodos pueden operar a energías de refinado inferiores por pasada (por ejemplo, 100 kWh/ton/paso o menos) de manera que se necesitan pases múltiples o refinadores múltiples para proporcionar la energía de refinación especificada. Por ejemplo, en algunas realizaciones, un único refinador puede operar a 50 kWh/ton/pase, y las fibras de pulpa pueden recircularse a través del refinador para un total de 9 pasadas para proporcionar 450 kWh/tonelada de refinado. En algunas realizaciones, se pueden proporcionar refinadores múltiples en serie para impartir energía de refinación.

En algunas realizaciones en las que las fibras de pulpa alcanzan la energía de refinado deseada recirculando las fibras a través de un único refinador, las fibras de pulpa se pueden hacer circular al menos dos veces a través del refinador para obtener el grado deseado de fibrilación. En algunas realizaciones, las fibras de pulpa se pueden hacer circular entre aproximadamente 6 y aproximadamente 25 veces a través del refinador para obtener el grado deseado de fibrilación. Las fibras de pulpa se pueden fibrilar en un único refinador mediante recirculación en un proceso por lotes.

En algunas realizaciones, las fibras de pulpa se pueden fibrilar en un único refinador usando un proceso continuo. Por ejemplo, un método de este tipo puede comprender, en algunas realizaciones, retirar continuamente una pluralidad de fibras del refinador, en el que una parte de las fibras eliminadas son fibras de pulpa mejoradas en la superficie y recircular más de aproximadamente 80% de las fibras retiradas al refinador mecánico para un refinado adicional. En algunas realizaciones, más de aproximadamente el 90% de las fibras retiradas se pueden recircular de vuelta al refinador mecánico para un refinado adicional. En dichas realizaciones, la cantidad de fibras no refinadas introducidas en el refinador y la cantidad de fibras retiradas de la fibra sin recirculación se puede controlar de manera que una cantidad predeterminada de fibras pase continuamente a través del refinador. Dicho de otra manera, debido a que se elimina una cierta cantidad de fibras del circuito de recirculación asociado con el refinador, se debe agregar una cantidad correspondiente de fibras no refinadas al refinador para mantener el nivel deseado de fibras que circulan a través del refinador. Para facilitar la producción de fibras de pulpa mejoradas en la superficie que tienen propiedades particulares (por ejemplo, longitud promedio de fibra ponderada en longitud, área superficial hidrodinámica específica, etc.), la intensidad de refinación (es decir, carga de borde específica) por pasada deberá reducirse durante el proceso a medida que aumenta el número de pasadas.

En otras realizaciones, se pueden disponer dos o más refinadores en serie para hacer circular las fibras de pulpa para obtener el grado deseado de fibrilación. Debe apreciarse que se puede usar una variedad de disposiciones multirefinador para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con la presente invención. Por ejemplo, en algunas realizaciones, pueden disponerse múltiples refinadores en serie que utilizan las mismas placas de refinado y operan bajo los mismos parámetros de refinado (por ejemplo, energía de refinado por pasada, carga de

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borde específica, etc.). En algunas de tales realizaciones, las fibras pueden pasar a través de uno de los refinadores solo una vez y/o a través de otro de los refinadores varias veces.

En una realización a modo de ejemplo, un método para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie comprende introducir fibras de pulpa no refinadas en un primer refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras, en donde las placas tienen un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos, refinando las fibras en el primer refinador mecánico, transportando las fibras a al menos un refinador mecánico adicional que comprende un par de placas refinadoras, en donde las placas tienen un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos, y refinar las fibras en el al menos un refinador mecánico adicional hasta que se alcance un consumo total de energía de al menos 300 kWh/ton para los refinadores para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, las fibras pueden recircularse a través del primer refinador mecánico una pluralidad de veces. Las fibras pueden recircularse a través de un refinador mecánico adicional una pluralidad de veces en algunas realizaciones. En algunas realizaciones, las fibras pueden recircularse a través de dos o más de los refinadores mecánicos una pluralidad de veces.

En algunas realizaciones de métodos para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie que utilizan una pluralidad de refinadores, se puede usar un primer refinador mecánico para proporcionar un paso de refinado inicial relativamente menos fino y se pueden usar uno o más refinadores posteriores para proporcionar fibras de pulpa mejoradas en la superficie según las realizaciones de la presente invención. Por ejemplo, el primer refinador mecánico en tales realizaciones puede utilizar placas de refinación convencionales (por ejemplo, ancho de barra de más de 1.0 mm y ancho de ranura de 1.6 mm o mayor) y operar bajo condiciones de refinación convencionales (por ejemplo, carga de borde específica de 0.25 Ws/m) para proporcionar una fibrilación inicial, relativamente menos fina a las fibras. En una realización, la cantidad de energía de refinación aplicada en el primer refinador mecánico puede ser de aproximadamente 100 kWh/ton o menos. Después del primer refinador mecánico, las fibras pueden proporcionarse a uno o más refinadores posteriores que utilizan placas de refinado ultrafinas (por ejemplo, ancho de barra de 1.0 mm o menos y ancho de ranura de 1.6 mm o menos) y operar bajo condiciones (por ejemplo, carga de borde especifica de 0.13 W/m) suficiente para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. En algunas realizaciones, por ejemplo, la longitud del borde de corte (CEL) puede aumentar entre refinamiento usando placas de refinado convencionales y refinamiento usando placas de refinado ultrafinas dependiendo de las diferencias entre las placas de refinado. La longitud de borde de corte (o CEL) es el producto de la longitud del borde de la barra y la velocidad de rotación. Como se indicó anteriormente, las fibras pueden atravesar o recircular varias veces a través de los refinadores para lograr la energía de refinación deseada y/o se pueden usar refinadores múltiples para lograr la energía de refinación deseada.

En una realización a modo de ejemplo, un método para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie comprende introducir fibras de pulpa sin refinar en un primer refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras, donde las placas tienen un ancho de barra de más de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 2.0 milímetros o mayor. El refinado de las fibras en el primer refinador mecánico puede usarse para proporcionar un refinado inicial relativamente menos fino a las fibras en algunas realizaciones. Después de refinar las fibras en el primer refinador mecánico, las fibras se transportan a al menos un refinador mecánico adicional que comprende un par de placas refinadoras, donde las placas tienen un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos. En uno o más refinadores mecánicos adicionales, las fibras pueden refinarse hasta que se alcance un consumo de energía total de al menos 300 kWh/ton para los refinadores para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, las fibras se recirculan a través del primer refinador mecánico una pluralidad de veces. Las fibras se recirculan a través del uno o más refinadores mecánicos adicionales una pluralidad de veces, en algunas realizaciones.

Con respecto a los diversos métodos descritos en este documento, las fibras de pulpa se pueden refinar a baja consistencia (por ejemplo, entre 3 y 5%) en algunas realizaciones. Los expertos en la técnica entenderán la consistencia para hacer referencia a la relación de fibras secadas al horno a la cantidad combinada de fibras secadas al horno y agua. En otras palabras, una consistencia del 3% reflejaría, por ejemplo, la presencia de 3 gramos de fibras secadas al horno en 100 mililitros de suspensión de pulpa.

Otros parámetros asociados con la operación de refinadores para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie se pueden determinar fácilmente usando técnicas conocidas por los expertos en la técnica. De forma similar, los expertos en la técnica pueden ajustar los diversos parámetros (por ejemplo, energía de refinación total, energía de refinación por paso, número de pases, número y tipo de refinadores, carga de borde específica, etc.) para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención. Por ejemplo, la intensidad de refinación, o la energía de refinación aplicada a las fibras por pasada utilizando un sistema de múltiples pases, debería reducirse gradualmente a medida que aumenta el número de pases a través de un refinador para obtener fibras de pulpa mejoradas en la superficie que tengan propiedades deseables en algunas realizaciones.

Se pueden incorporar diversas realizaciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención en una variedad de productos finales. Algunas realizaciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención pueden impartir propiedades favorables sobre los productos finales en los que se incorporan en algunas

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realizaciones. Ejemplos no limitantes de tales productos incluyen pulpa, papel, cartón, materiales compuestos de biofibras (por ejemplo, tableros de fibrocemento, plásticos reforzados con fibras, etc.), productos absorbentes (por ejemplo, pulpa de pelusa, hidrogeles, etc.), productos químicos especiales derivados de la celulosa (por ejemplo, acetato de celulosa, carboximetilcelulosa (CMC), etc.) y otros productos. Los expertos en la técnica pueden identificar otros productos en los que las fibras de pulpa mejoradas en la superficie podrían incorporarse basándose particularmente en las propiedades de las fibras. Por ejemplo, al aumentar las áreas superficiales específicas de fibras de pulpa mejoradas en la superficie (y por lo tanto la actividad superficial), la utilización de fibras de pulpa mejoradas en la superficie puede aumentar ventajosamente las propiedades de resistencia (por ejemplo, resistencia a la tracción en seco) de algunos productos finales mientras se usan aproximadamente las mismas cantidad de fibras totales y/o proporcionar propiedades de resistencia comparables en un producto final mientras se utilizan menos fibras en peso en el producto final en algunas realizaciones.

Además de las propiedades físicas que se describen a continuación, el uso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede tener ciertas ventajas de fabricación y/o ahorro de costes en ciertas aplicaciones. Por ejemplo, en algunas realizaciones, incorporar una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie según la presente invención en un producto de papel puede reducir el costo total de las fibras en la composición (es decir, sustituyendo fibras de alto costo por fibras de pulpa mejoradas en la superficie de menor costo). Por ejemplo, las fibras de madera de blanda más largas típicamente cuestan más que las fibras de madera dura más cortas. En algunas realizaciones, un producto de papel que incorpora al menos 2 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas según la presente invención puede dar como resultado la eliminación de aproximadamente 5% de las fibras de madera blanda más costosas mientras se mantiene la resistencia del papel, manteniendo el funcionamiento de la máquina de papel, manteniendo el rendimiento del proceso y mejorando el rendimiento de impresión. Un producto de papel que incorpora entre aproximadamente 2 y aproximadamente 8 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas según algunas realizaciones de la presente invención puede dar como resultado la eliminación de aproximadamente 5% y aproximadamente 20% de fibras de madera blanda de mayor costo mientras se mantiene la resistencia del papel y mejora el desempeño a la impresión en algunas realizaciones. Incorporar entre aproximadamente 2 y aproximadamente 8 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie según la presente invención puede ayudar a reducir el coste de fabricación de papel significativamente cuando se compara con un producto de papel fabricado de la misma manera sin sustancialmente fibras de pulpa mejoradas en superficie en algunas realizaciones.

Una aplicación en la que se pueden usar fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención, son productos de papel. En la producción de productos de papel que utilizan fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención, la cantidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, usada en la producción de los papeles puede ser importante. Por ejemplo, y sin limitación, el uso de una cierta cantidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie puede tener la ventaja de aumentar la resistencia a la tracción y/o aumentar la resistencia de la banda húmeda del producto de papel, al tiempo que se minimizan los posibles efectos adversos tales como el drenaje. En algunas realizaciones, un producto de papel puede comprender fibras de pulpa mejoradas en la superficie, superior a aproximadamente 2 por ciento en peso (basado en el peso total del producto de papel). Un producto de papel puede comprender fibras de pulpa mejoradas en la superficie, superiores a aproximadamente 4 por ciento en peso en algunas realizaciones. Un producto de papel, en algunas realizaciones, puede comprender menos de aproximadamente 15 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, un producto de papel puede comprender menos de aproximadamente 10 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Un producto de papel puede comprender entre aproximadamente 2 y aproximadamente 15 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie en algunas realizaciones. En algunas realizaciones, un producto de papel puede comprender entre aproximadamente 4 y aproximadamente 10 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie usadas en productos de papel pueden comprender sustancial o completamente fibras de pulpa de madera dura.

En algunas realizaciones, cuando las fibras de pulpa mejoradas en la superficie, de la presente invención se incorporan en productos de papel, la cantidad relativa de fibras de madera blanda que pueden desplazarse es entre aproximadamente 1 y aproximadamente 2.5 veces la cantidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie utilizadas (basado en el peso total del producto de papel), con el balance de la sustitución procedente de fibras de madera dura refinadas convencionalmente. En otras palabras, y como un ejemplo no limitante, aproximadamente 10 por ciento en peso de las fibras de madera blanda refinadas convencionalmente pueden reemplazarse por aproximadamente 5 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie (suponiendo un desplazamiento de 2 por ciento en peso de fibras de madera blanda por 1 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie) y aproximadamente 5 por ciento en peso de fibras de madera dura refinadas convencionalmente. Tal sustitución puede ocurrir, en algunas realizaciones, sin comprometer las propiedades físicas de los productos de papel.

Con respecto a las propiedades físicas, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención pueden mejorar la resistencia de un producto de papel. Por ejemplo, la incorporación de una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención en un producto de papel puede mejorar la resistencia del producto final. En algunas realizaciones, un producto de papel que incorpora al menos 5 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas según

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la presente invención puede dar como resultado una mayor resistencia de la fibra húmeda y/o resistencia en seco, puede mejorar el funcionamiento de una máquina de papel a velocidades más altas, y/o puede mejorar el rendimiento del proceso, al tiempo que mejora la producción. La incorporación de entre aproximadamente 2 y aproximadamente 10 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, según la presente invención puede ayudar a mejorar la resistencia y el rendimiento de un producto de papel significativamente cuando se compara con un producto similar fabricado de la misma manera sin sustancialmente fibras de pulpa mejoradas en la superficie según la presente invención, en algunas realizaciones.

Como otro ejemplo, un producto de papel que incorpora entre aproximadamente 2 y aproximadamente 8 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie según algunas realizaciones de la presente invención, y con aproximadamente 5 a aproximadamente 20 por ciento en peso menos de fibras de madera blanda, puede tener una resistencia a la tracción en húmedo similar a un producto de papel similar con fibras de madera blanda y sin fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Un producto de papel que incorpora una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con la presente invención puede tener una resistencia a la tracción de la banda húmeda de al menos 150 metros en algunas realizaciones. En algunas realizaciones, un producto de papel que incorpora al menos 5 por ciento en peso de fibras mejoradas de pulpa y 10% en peso menos fibras de madera blanda, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, puede tener una resistencia a la tracción de banda húmeda (al 30% de consistencia) de al menos 166 metros. Incorporar entre aproximadamente 2 y aproximadamente 8 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie según la presente invención puede mejorar la resistencia a la tracción de la banda húmeda de un producto de papel en comparación con un producto de papel fabricado de la misma manera sin sustancialmente fibras de pulpa mejoradas en la superficie, tales que algunas realizaciones de productos de papel que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie pueden tener resistencias a la tracción de la banda húmeda deseables con menos fibras de madera blanda. En algunas realizaciones, incorporar al menos aproximadamente 2 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención en un producto de papel puede mejorar otras propiedades en diversas realizaciones que incluyen, sin limitación, opacidad, porosidad, absorbencia, absorción de energía de tracción, enlace scott/enlace interno y/o propiedades de impresión (por ejemplo, moteado de impresión de densidad de tinta, moteado brillante).

Como otro ejemplo, en algunas realizaciones, un producto de papel que incorpora una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con la presente invención puede tener una resistencia a la tracción en seco deseable. En algunas realizaciones, un producto de papel que incorpora al menos 5 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie puede tener una resistencia a la tracción en seco deseable. Un producto de papel que incorpora entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con la presente invención puede tener una resistencia a la tracción en seco deseable. En algunas realizaciones, incorporar entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie según la presente invención puede mejorar la resistencia a la tracción en seco de un producto de papel cuando se compara con un producto de papel fabricado de la misma manera sin sustancialmente fibras de pulpa mejoradas en la superficie.

En algunas realizaciones, incorporar al menos aproximadamente 5 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención puede mejorar otras propiedades en diversas realizaciones que incluyen, sin limitación, opacidad, porosidad, absorbencia y/o propiedades de impresión (por ejemplo, moteado de impresión de densidad de tinta, moteado brillante, etc.).

En algunas realizaciones de tales productos que incorporan una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, las mejoras de ciertas propiedades, en algunos casos, pueden ser proporcionalmente mayores que la cantidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie incluidas. En otras palabras, y como ejemplo, en algunas realizaciones, si un producto de papel incorpora aproximadamente el 5 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie, el correspondiente aumento en la resistencia a la tracción en seco puede ser significativamente mayor que 5%.

Además de los productos de papel que se han discutido anteriormente, en algunas realizaciones, la pulpa que incorpora una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con la presente invención puede tener propiedades mejoradas tales como, sin limitación, actividad superficial mejorada o potencial de refuerzo, mayor resistencia a la tracción de la lámina (es decir, resistencia mejorada del papel) con menos energía total de refinación, mejor absorbencia de agua y/u otros.

Como otro ejemplo, en algunas realizaciones, un producto intermedio de pulpa y papel (por ejemplo, pulpa de pelusa, pulpa de refuerzo para calidades de papel, pulpa de mercado para tisú, pulpa de mercado para calidades de papel, etc.), incorporando entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10 por ciento en peso las fibras de pulpa mejoradas en la superficie pueden proporcionar propiedades mejoradas. Los ejemplos no limitantes de propiedades mejoradas de pulpa intermedia y productos de papel pueden incluir una mayor resistencia a la tracción de la banda húmeda, una resistencia a la tracción de la banda húmeda comparable, una absorbencia mejorada y/u otros.

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Como otro ejemplo, en algunas realizaciones, un producto de papel intermedio (por ejemplo, hojas o rollos de pulpa embalada, etc.) que incorpora fibras de pulpa mejoradas en la superficie puede proporcionar una mejora desproporcionada en el rendimiento y propiedades del producto final, con al menos 1 por ciento en peso de superficie mejorada siendo más preferidas las fibras de pulpa. En algunas realizaciones, un producto de papel intermedio puede incorporar entre un 1 por ciento en peso y un 10 por ciento en peso de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Ejemplos no limitativos de propiedades mejoradas de dichos productos intermedios de papel pueden incluir mayor resistencia a la tracción en banda húmeda, mejores propiedades de drenaje a una resistencia a la tracción en banda húmeda comparable, resistencia mejorada en una relación similar de madera dura a madera blanda, y/o una resistencia comparable en una proporción de madera dura a madera blanda superior.

En la fabricación de productos de papel de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención se pueden proporcionar como una barra de deslizamiento en un proceso de fabricación de papel convencional. Por ejemplo, las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención se pueden mezclar con una corriente de fibras de madera dura refinada usando placas de refinado convencionales y en condiciones convencionales. La corriente de combinación de fibras de pulpa de madera dura se puede combinar luego con fibras de pulpa de madera blanda y usarse para producir papel usando técnicas convencionales.

Otras realizaciones de la presente invención se refieren a cartones que comprenden una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. Los cartones de acuerdo con las realizaciones de la presente invención pueden fabricarse usando técnicas conocidas por los expertos en la técnica excepto que incorporan una cierta cantidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención, siendo más preferidas al menos un 2% de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, los cartones se pueden fabricar usando técnicas conocidas por los expertos en la técnica, excepto que se utiliza entre aproximadamente el 2% y aproximadamente el 3% de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención.

Otras realizaciones de la presente invención también se refieren a compuestos de biofibra (por ejemplo, tableros de fibrocemento, plásticos reforzados con fibras, etc.) que incluyen una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. Los tableros de fibrocemento de la presente invención generalmente se pueden fabricar usando técnicas conocidas por los expertos en la técnica excepto que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, siendo más preferidas al menos 3% de fibras de pulpa mejoradas en la superficie. En algunas realizaciones, las placas de fibrocemento de la presente invención generalmente se pueden fabricar usando técnicas conocidas por los expertos en la técnica excepto que se utiliza entre superficie aproximadamente 3% y aproximadamente 5% de fibras de pulpa mejoradas en la presente invención.

Otras formas de realización de la presente invención también se refieren a materiales absorbentes de agua que comprenden una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. Dichos materiales absorbentes de agua pueden fabricarse usando técnicas conocidas por los expertos en la técnica que utilizan fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. Los ejemplos no limitantes de tales materiales absorbentes de agua incluyen, sin limitación, pulpas de pelusa y pulpas de calidad tisular.

La Figura. 1 ilustra una realización ejemplar de un sistema que puede usarse para fabricar productos de papel que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención. Un depósito no refinado 100 que contiene fibras de madera dura no refinadas, por ejemplo, en forma de una base de pulpa, está conectado a un depósito temporal 102, que está conectado a un refinador de fibrilación 104 en una conexión selectiva de circuito cerrado. Como se mencionó anteriormente, en una realización particular, el refinador de fibrilación 104 es un refinador que está configurado con parámetros adecuados para producir las fibras de pulpa mejoradas en la superficie descritas aquí. Por ejemplo, el refinador de fibrilación 104 puede ser un refinador de doble disco con un par de discos de refino que tienen cada uno una anchura de barra de 1.0 milímetros y una anchura de ranura de 1.3 milímetros, y con una carga de borde específica de aproximadamente 0.1-0.3 Ws/m. El circuito cerrado entre el depósito temporal 102 y el refinador de fibrilación 104 se mantiene hasta que las fibras han circulado a través del refinador 104 un número deseado de veces, por ejemplo, hasta que se alcanza un consumo de energía de aproximadamente 400-650 kWh/ton.

Una línea de salida se extiende desde el refinador de fibrilación 104 hasta un depósito de almacenamiento 105, esta línea permanece cerrada hasta que las fibras han circulado a través del refinador 104 una cantidad adecuada de veces. El depósito de almacenamiento 105 está en conexión con un flujo que sale de un refinador convencional 110 configurado con parámetros convencionales para producir fibras refinadas convencionales. En algunas realizaciones, el depósito de almacenamiento 105 no se utiliza y el refinador de fibrilación 104 está en conexión con el flujo que sale del refinador convencional 110.

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En una realización particular, el refinador 110 convencional también está conectado al depósito 100 sin refinar, de modo que se usa una sola fuente de fibras sin refinar (por ejemplo, una única fuente de fibras de madera dura) en ambos procesos de refinación y fibrilación. En otra realización, un depósito 112 no refinado diferente está conectado al refinador 110 convencional para proporcionar las fibras refinadas convencionales. En este caso, ambos depósitos 100, 112 pueden incluir fibras similares o diferentes en el mismo.

Se entiende que todas las conexiones entre los diferentes elementos del sistema pueden incluir bombas (no mostradas) u otro equipo adecuado para forzar el flujo entre ellas según se requiera, además de válvulas (no mostradas) u otro equipo adecuado para cerrar selectivamente la conexión donde sea requerido. Además, se pueden ubicar depósitos adicionales (no mostrados) entre sucesivos elementos del sistema.

En uso y de acuerdo con una realización particular, las fibras sin refinar se introducen en un proceso mecánico de refinado en el que se aplica una carga de borde especificada (SEL), relativamente baja por ejemplo aproximadamente 0.1-0.3 Ws/m, por ejemplo, a través de las placas de refinado descritas anteriormente. En la realización mostrada, esto se hace haciendo circular las fibras sin refinar desde el depósito 100 al depósito temporal 102, y luego entre el refinador de fibrilación 104 y el depósito temporal 102. El proceso de refinado mecánico continúa hasta que se alcanza un consumo de energía relativamente alto, por ejemplo, alrededor de 450-650 kWh/ton. En la realización mostrada, esto se hace recirculando las fibras entre el refinador de fibrilación 104 y el depósito temporal 102 hasta que las fibras hayan pasado a través del refinador 104 “n” veces. En una realización, n es al menos 3, y en algunas realizaciones puede estar entre 6 y 25. n puede seleccionarse para proporcionar fibras de pulpa mejoradas en la superficie con propiedades (por ejemplo, longitud, longitud del promedio ponderado, área superficial específica, finos, etc.) por ejemplo dentro de los rangos y/o valores dados aquí descritos.

El flujo de fibra de pulpa mejorada en la superficie luego sale del refinador de fibrilación 104, al depósito de almacenamiento 105. El flujo de fibra de pulpa mejorada en la superficie sale del depósito de almacenamiento 105 y luego se agrega a un flujo de fibras refinadas convencionales que se han refinado en un refinador convencional 110 para obtener una composición de reserva para fabricar papel. La proporción entre las fibras de pulpa mejoradas en la superficie y las fibras refinadas convencionales en la composición de reserva puede estar limitada por la proporción máxima de fibras de pulpa mejoradas en la superficie que permitirán las propiedades adecuadas del papel producido. En una realización, entre aproximadamente 4 y 15% del contenido de fibra de la composición madre está formado por las fibras de pulpa mejoradas en la superficie (es decir, entre aproximadamente 4 y 15% de las fibras presentes en la composición madre son fibras de pulpa mejoradas en la superficie). En algunas realizaciones, entre aproximadamente 5 y aproximadamente 10% de las fibras presentes en la composición madre son fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Otras proporciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie se describen en este documento y pueden usarse.

La composición madre de fibras refinadas y fibras de pulpa mejoradas en la superficie se puede administrar luego al resto de un proceso de fabricación de papel en el que se puede formar papel usando técnicas conocidas por los expertos en la materia.

La Figura 2 ilustra una variación de la realización de ejemplo mostrada en la FIG. 1 en el que el refinador de fibrilación 104 ha sido reemplazado por dos refinadores 202, 204 dispuestos en serie. En esta realización, el refinador inicial 202 proporciona una etapa de refinado inicial relativamente menos fina, y el segundo refinador 204 continúa refinando las fibras para proporcionar fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Como se muestra en la FIG. 2, las fibras pueden recircularse en el segundo refinador 204 hasta que las fibras han circulado a través del refinador 204 un número deseado de veces, por ejemplo, hasta que se alcanza un consumo de energía deseado. Alternativamente, en lugar de recircular las fibras en el segundo refinador 204, se pueden disponer refinadores adicionales en serie después del segundo refinador 204 para refinar aún más las fibras, y cualquiera de tales refinadores puede incluir un circuito de recirculación si se desea. Aunque no se muestra en la FIG. 1, dependiendo de la producción de energía del refinador 202 inicial, y la energía deseada para aplicarse a las fibras en la etapa de refinamiento inicial, algunas realizaciones pueden incluir la recirculación de las fibras a través del refinador 202 inicial antes del transporte al segundo refinador 204. El número de refinadores, el uso potencial de la recirculación y otras decisiones relacionadas con la disposición de refinadores para proporcionar fibras de pulpa mejoradas en la superficie pueden depender de varios factores, incluida la cantidad de espacio de fabricación disponible, el costo de refinadores, cualquiera de los refinadores, que ya sea propiedad del fabricante, la producción de energía potencial de los refinadores, la producción de energía deseada de los refinadores y otros factores.

En una realización no limitativa, el refinador inicial 202 puede utilizar un par de discos de refinado que tienen cada uno un ancho de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 2.0 milímetros. El segundo refinador 204 puede tener un par de discos de refinado que tengan cada uno un ancho de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 1.3 milímetros. Las fibras, en una realización de este tipo, se pueden refinar en el primer refinador a una carga de borde específica de 0.25 Ws/m hasta que se alcanza un consumo de energía total de aproximadamente 80 kWh/ton. Las fibras se pueden transportar entonces al segundo refinador 204 donde se pueden refinar y recircular a una carga de borde específica de 0.13 Ws/m hasta que se alcanza un consumo de energía total de aproximadamente 300 kWh/ton.

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Los pasos y características restantes de la realización del sistema mostrado en la FIG. 2 puede ser el mismo que los de la FIG. 1.

Diversas realizaciones no limitantes de la presente invención se ilustrarán ahora en los siguientes ejemplos no limitantes.

EJEMPLOS

Ejemplo I

En este Ejemplo, se evaluaron las fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención por su potencial para mejorar la resistencia de la banda húmeda. En general, se entiende que la resistencia de la banda húmeda se correlaciona con la capacidad de funcionamiento de la máquina de papel de las fibras de la pulpa. Como punto de referencia, las fibras de madera blanda refinadas convencionalmente tienen el doble de la resistencia de la banda húmeda de las fibras de madera dura refinadas convencionalmente en una libertad dada. Por ejemplo, en una libertad de 400 CSF, una hoja húmeda de papel formada a partir de fibras de madera blanda refinadas convencionalmente podría tener una resistencia a la tracción de banda húmeda de 200 metros, mientras que una hoja húmeda de papel formada a partir de fibras de madera dura convencionalmente refinadas podría tener una resistencia a la tracción de banda húmeda de 100 metros.

En los ejemplos siguientes, se añadieron fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención a una pulpa de papel de calidad típica que comprende una mezcla de fibras de madera dura refinadas convencionalmente y fibras de madera blandas refinadas convencionalmente. Las cantidades relativas de fibras de madera dura, fibras de madera blanda y fibras de pulpa mejoradas en la superficie se especifican en los cuadros 1 y 2.

La Tabla 1 compara las propiedades de la banda húmeda de los Ejemplos 1-8, que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, con el Control A formado solo a partir de fibras de madera dura y de madera blanda refinadas convencionalmente. Las fibras de madera dura refinadas convencionalmente usadas en el Control A y los Ejemplos 1-8 eran fibras de madera dura sureñas refinadas a 435 ml de CSF. Las fibras de madera blanda refinadas convencionalmente utilizadas en el Control A y los Ejemplos 1-8 eran fibras de madera blanda sureñas refinadas a 601 ml de CSF.

Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, usadas en los Ejemplos 1-8, se formaron a partir de fibras de madera dura sureñas sin refinar típicas. Las fibras de madera dura sin refinar se introdujeron en un refinador de disco con un par de discos de refinado, cada uno con un ancho de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 1.3 milímetros a una carga de borde específica de 0.2 Ws/m. Las fibras se refinaron como un lote hasta que se alcanzó un consumo de energía de 400 o 600 kWh/ton (como se especifica en la Tabla 1). La superficie mejoró las fibras de pulpa que se refinaron hasta un consumo de energía de 400 kWh/tonelada con una longitud promedio de fibra ponderada de 0.81 milímetros, y las fibras de pulpa mejoradas en la superficie que se refinaron hasta un consumo de energía de 600 kWh/ton tenían una longitud de fibra media ponderada en longitud de 0.68 milímetros. La longitud de la fibra media ponderada en longitud se midió utilizando un analizador de calidad de fibra LDA 96 de acuerdo con los procedimientos especificados en el manual que acompaña al analizador de calidad de fibra. La longitud de la fibra media ponderada en longitud La longitud se calculó usando la fórmula para (Lw) proporcionada anteriormente.

La resistencia a la tracción de la banda húmeda de algunas fibras de pulpa mejorada en la superficie de aquellos lotes se evaluó por separado antes de combinar otras fibras de pulpa mejoradas en la superficie de esos lotes con fibras de madera dura refinadas convencionalmente y fibras de madera de blanda refinadas convencionalmente para formar hojas manuales y para evaluación como se establece a continuación en relación con los Ejemplos 1-8. Se preparó un suministro de calidad de papel típico usando fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Se formaron láminas simples de papel estándar de 20 GSM (gramos por metro cuadrado) a partir de la composición y se probaron para determinar la resistencia de la banda húmeda con 30% de sequedad de acuerdo con la norma D.23P de la Asociación Técnica de Pulpa y Papel de Canadá (“PAPTAC”). Las láminas simples de papel formadas a partir de las fibras de pulpa mejoradas en la superficie refinadas hasta que un consumo de energía de 400 kWh/ton tuvo una resistencia a la tracción en la banda húmeda de 8.91 kilómetros. Las láminas simples de papel formadas de la fibra de pulpa mejoradas de la superficie refinadas hasta que un consumo de energía de 600 kWh/ton tuvo una resistencia a la tracción en la banda húmeda de 9.33 kilómetros.

Se preparó un suministro grado papel típico utilizando las cantidades especificadas de fibras de madera dura, fibras de madera blanda y fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Las láminas simples de papel estándar de 60 GSM (gramos por metro cuadrado) se formaron a partir del suministro y se probaron para la resistencia de la banda húmeda al 30% de sequedad de acuerdo con la Norma D.23P de la Asociación Técnica de Pulpa y Papel de Canadá (“PAPTAC”). Los resultados de los ensayos se proporcionan en la Tabla 1 con “Hwd” refiriéndose a fibras de madera

dura refinadas convencionalmente, “Swd” refiriéndose a fibras de madera blanda refinadas convencionalmente “SEPF” refiriéndose a fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con las realizaciones de la presente invención. “SEPF Ref. Energy" refiriéndose a la energía de refinación utilizada para formar fibras de pulpa mejoradas en la superficie, ”% de aumento de la tracción WW” que se refiere al aumento de la resistencia a la tracción de la banda 5 húmeda en comparación con el Control A y “TEA de la banda húmeda” refiriéndose a la absorción de energía de la tracción a la banda húmeda. Las mismas fibras de madera dura refinadas convencionalmente y las fibras de madera blanda refinadas convencionalmente se usaron en Control A y los Ejemplos 1-8.

Tabla 1


: SPEF Ref. Tracción de la banda húmeda (metros) Incremento a la tracción % WW Estiramiento de TEA de la

Ejemplo: Contenido de fibra Energía la banda húmeda (metros) banda húmeda (J/m2)


: (kWh/ton)

: 60% Hwd

Control A: 40% Swd - 142 - 7.3 4.4

: 55% Hwd

: 40% Swd

1: 5% 400 154 8 9.6 7.3

: SEPF

: 50% Hwd

: 40% Swd

2: 10% 400 178 25 13.0 7.3

: SEPF

3: 65% Hwd 30% Swd 5% SEPF 400 157 11 9.5 6.4

4: 70% Hwd 20% Swd 10% SEPF 400 177 25 9.6 6.8

5: 55% Hwd 40% Swd 5% SEPF 600 171 20 10.4 7.3

6: 50% Hwd 40% Swd 10% SEPF 600 213 50 14.4 10.3

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7: 65% Hwd 30% Swd 5% SEPF 600 154 8 7.5 5.1

: 70% Hwd 20% Swd

8: 10% SEPF 600 180 27 7.5 7.5

Como se muestra anteriormente, la adición de fibras de pulpa mejoradas en la superficie al 5% de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede aumentar la resistencia a la tracción de la banda húmeda en un 8-20%. Asimismo, la adición de fibras de pulpa mejoradas en superficie al 10% de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede aumentar la resistencia a la tracción de la banda húmeda en un 21-50%.

La Tabla 2 compara las propiedades de la banda húmeda de los Ejemplos 9-13, que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención, al Control B formado únicamente a partir de fibras de madera dura y de madera blanda refinadas convencionalmente. Las fibras de madera dura refinadas convencionalmente usadas en el Control B y en los Ejemplos 9-13 fueron fibras de madera dura del norte refinadas a 247 ml de CSF. Las fibras de madera blanda refinadas convencionalmente usadas en el Control B y los Ejemplos 9-13 fueron fibras de madera blanda del norte refinadas a 259 ml de CSF.

Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie usadas en los Ejemplos 9-13 se formaron a partir de fibras de madera dura sureñas sin refinar típicas. Las fibras de madera dura sin refinar se introdujeron en un refinador de disco con un par de discos de refinado, cada uno con un ancho de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 1.3 milímetros a una carga de borde específica de 0.2 Ws/m. Las fibras se refinaron como un lote hasta que se alcanzó un consumo de energía de 400 kWh/ton o 600 kW/ton (como se especifica en la Tabla 2).

Se preparó una pulpa de papel de calidad típica usando las cantidades especificadas de fibras de madera dura, fibras de madera blanda y fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Las láminas simples de papel estándar 60 GSM (gramos por metro cuadrado) se formaron del suministro y se probaron para determinar la resistencia de la banda húmeda al 30% de sequedad de acuerdo con el estándar con la norma D.23P de PAPTAC. Los resultados de los ensayos se proporcionan en la Tabla 2 con “Hwd” refiriéndose a fibras de madera dura refinadas convencionalmente, “Swd” refiriéndose a fibras de madera blanda refinadas convencionalmente, “SEPF” que se refiere a fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. “SEPF Ref. Energía” refiriéndose a la energía de refinación usada para formar fibras de pulpa mejoradas en la superficie, “% de aumento de la tracción WW” referido al aumento en la resistencia a la tracción de la banda húmeda en comparación con el control B y “TEA de la banda húmeda”. Las mismas fibras de madera dura refinadas convencionalmente y fibras de madera blanda refinadas convencionalmente se usaron en el Control B y en los Ejemplos 9-13.

Tabla 2

Ejemplo: Contenido de fibra SPEF Ref. Energía (kWh/ton) Tracción de la banda húmeda (metros) Incremento de la tracción % WW Estiramiento de la banda húmeda (metros) TEA de la banda húmeda (J/m2)

Control B: 50% Hwd 50% Swd - 279 - 9.7 13.1

9: 25% Hwd 50% Swd 25% SEPF 400 405 45 12.6 17.8

10: 10% Hwd 40% Swd 50% SEPF 400 2158 673 13.6 26.6

11: 25% Hwd 50% Swd 25% SEPF 600 2103 654 13.6 24.0

12: 10% Hwd 40% Swd 50% SEPF 600 2172 678 13.5 27.7

13: 40% Hwd 50% Swd 400 359 29 11.7 15.7

: 10% SEPF

Como se muestra anteriormente, la adición de fibras de pulpa mejoradas en la superficie al 25% de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención puede aumentar la resistencia a la tracción de la banda húmeda en un 45-653%. Asimismo, la adición de fibras de pulpa mejoradas en la superficie al 50% de acuerdo con algunas 5 realizaciones de la presente invención puede aumentar la resistencia a la tracción de la banda húmeda en un 673% y más.

En resumen, los Ejemplos 1-13 muestran claramente que cuando se incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie en un suministro, se mejora el suministro la resistencia a la tracción de la banda húmeda de las láminas húmedas del papel formada del suministro. Esto también indica numerosos beneficios potenciales para operaciones 10 de máquinas de papel que incluyen, por ejemplo, capacidad de ejecución mejorada, capacidad de ejecución igual o mejorada con una menor cantidad de fibras de madera blanda en el suministro, mayor carga en el suministro sin afectar la capacidad de funcionamiento de la máquina, y otros.

Ejemplo II

En este Ejemplo, se fabricaron y probaron muestras de papel que incorporan fibras de pulpa mejoradas en la superficie 15 de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención para determinar los beneficios potenciales asociados con la incorporación de las fibras de pulpa mejoradas en la superficie.

En los ejemplos siguientes, las muestras de papel se realizaron usando técnicas de fabricación de papel convencionales, siendo las únicas diferencias las cantidades relativas de fibras de madera dura, fibras de madera

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blanda y fibras de pulpa mejoradas en la superficie. Las fibras de madera dura refinadas convencionalmente usadas en el Control C y los Ejemplos 14-15 fueron fibras de madera dura Sureñas refinadas hasta que se alcanzó un consumo de energía de aproximadamente 50 kWh/ton. Las fibras de madera blanda refinadas convencionalmente usadas en el Control C y en los Ejemplos 14-15 fueron fibras de madera blanda Sureñas refinadas hasta que se alcanzó un consumo de energía de aproximadamente 100 kWh/ton.

Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie usadas en los Ejemplos 14-15 se formaron a partir de fibras de madera dura sureñas sin refinar típicas. Las fibras de madera dura sin refinar se introdujeron en dos refinadores de disco alineados en serie. El primer refinador tenía un par de discos de refinación, cada uno con un ancho de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 2.0 milímetros. El segundo refinador tenía un par de discos de refinación, cada uno con un ancho de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 1.3 milímetros. Las fibras se refinaron en el primer refinador a una carga de borde específica de 0.25 Ws/m seguido de un segundo refinador donde fueron refinadas a una carga de borde específica de 0.13 Ws/m hasta que se alcanzó un consumo total de energía de aproximadamente 400 kWh/ton. Se midió que la longitud media de la fibra ponderada en longitud de las fibras de pulpa mejoradas en la superficie era de 0.40 milímetros, en donde el número de fibras de pulpa mejoradas en la superficie era de 12,000 fibras por miligramo sobre una base seca en horno. La longitud promedio ponderada de la fibra se midió utilizando un analizador de calidad de fibra LDA 96 de acuerdo con los procedimientos especificados en el manual que acompaña al analizador de calidad de fibra. La longitud de la fibra media ponderada en longitud se calculó usando la fórmula para (Lw) proporcionada anteriormente.

Se preparó un suministro grado papel típico usando las cantidades especificadas de fibras de madera dura, fibras de madera blanda y fibras de pulpa mejoradas en la superficie. El suministro se procesó en muestras de papel usando técnicas de fabricación convencionales. Las muestras de papel tenían pesos base de 69.58 g/m2 (Control C), 70.10 g/m2 (Ejemplo 14) y 69.87 g/m2 (Ejemplo 15). Las muestras de papel se probaron en cuanto a volumen, resistencia a la tracción, porosidad y rigidez, brillo, opacidad y otras propiedades. Las muestras de papel también se enviaron para pruebas de impresión comercial para evaluar su rendimiento general de impresión. Las resistencias a la tracción en la dirección de la máquina y en la dirección transversal se midieron de acuerdo con el Procedimiento PAPTAC No. D.12. Las porosidades se midieron usando un densímetro Gurley de acuerdo con el Procedimiento PAPTAC No. D.14. La rigidez en la dirección de la máquina y en la dirección transversal se midió usando un probador de tipo Taber de acuerdo con el Procedimiento PAPTAC No. D.28P. Cada una de las otras propiedades informadas en la Tabla 3 se midió de acuerdo con el procedimiento de prueba PAPTAC apropiado. Los resultados de los ensayos se proporcionan en la Tabla 3 con “Hwd” refiriéndose a fibras de madera dura refinadas convencionalmente, “Swd” refiriéndose a fibras de madera blanda refinadas convencionalmente “SEPF” que se refiere a fibras de pulpa mejoradas en la superficie de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. “md” en conexión con varias propiedades que hacen referencia al valor de esa propiedad en la dirección de la máquina, y “cd” en conexión con varias propiedades que hacen referencia al valor de esa propiedad en la dirección transversal.

Tabla 3

: Control C Ejemplo 14 Ejemplo 15

Contenido de fibra: 78% Hwd 75% Hwd 85% Hwd

: 22% Swd 20% Swd 5% Swd


: 5% SEPF 10% SEPF

volumen (cm3/g): 1.41 1.45 1.43

Índice de explosión (kPam2/g): 2.72 2.73 2.75

Índice de rasgado (4-ply), md (mNm2/g): 6.13 6.17 6.05

Índice de rasgado (4-ply), cd (mNm2/g): 6.87 7.08 6.49

Índice de tracción, md (Nm/g): 69.1 68.4 68.9

Índice de tracción, cd (Nm/g): 33.2 32.5 33.8

Tracción , md (km): 7.04 6.97 7.02

Tracción, cd (km): 3.38 3.32 3.44

Estiramiento, md (%): 1.69 1.65 1.70

Estiramiento, cd (%): 5.24 5.46 5.49

Absorción de la energía de tracción, md (J/m2): 52.8 51.7 53.6

Absorción de la energía de tracción, cd (J/m2): 86.8 91.4 94.8

Porosidad, Gurley (seg/100 mL): 15 19 20

Rigidez, Taber, md (gm): 2.12 2.36 2.40

Rigidez, Taber, cd (gm): 1.28 1.30 1.30

Unión interna, md: 214 223 220

(0.001 ftlb/in2)

Unión interna, cd (0.001 ftlb/in2): 225 246 233

Ópticos:

Brillo, ISO, superior (%): 96.7 97.0 96.5

Brillo, ISO, inferior (%): 96.6 96.9 96.5

Opacidad, ISO, top (%): 90.6 91.3 91.6

Opacidad, ISO, inferior (%): 90.6 91.2 91.4

Los datos en la Tabla 3 demuestran que la cantidad de fibras de madera blanda en las muestras de papel se pueden reducir de 22% a 5% con la adición de fibras de pulpa mejoradas en la superficie al 10% de acuerdo con algunas 5 realizaciones de la presente invención mientras se mantienen las propiedades de calibre y resistencia física del papel dentro de las especificaciones cationes para la calidad del papel, y sin afectar el drenaje y la capacidad de funcionamiento de la máquina de papel.

Ejemplo III

En este ejemplo, se midieron las áreas superficiales específicas hidrodinámicas media de diversas fibras de pulpa 10 mejoradas en la superficie. Algunos de estos ejemplos representan realizaciones de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la presente invención, mientras que otros no.

Las fibras de pulpa mejoradas en la superficie utilizadas en los Ejemplos 16-30 se formaron a partir de fibras de madera dura sureñas sin refinar típicas. Las fibras de madera dura sin refinar se introdujeron en un refinador de disco con un par de discos de refinación a una carga de borde específica de 0.25 Ws/m. Como se expone en la Tabla 4 a 15 continuación, algunas de las fibras de madera dura se refinaron usando discos con una anchura de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 1.3 milímetros, y otras se refinaron usando discos con una anchura de barra de 1.0 milímetros y un ancho de ranura de 2.0 milímetros. Las fibras se refinaron como un lote hasta que se alcanzó el consumo de energía especificado en la Tabla 4.

Las áreas superficiales específicas hidrodinámicas de las fibras de pulpa mejoradas en la superficial se midieron de acuerdo con el procedimiento especificado en Caracterización de la resistencia al drenaje de pulpa y suspensiones microfibrilares usando mediciones de flujo hidrodinámico, N. Lavrykova-Marrain y B. Ramarao, Conferencia PaperCon 2012 de TAPPI, disponible en
http://www.tappi.org/Hide/Events/12PaperCon/Papers/12PAP116.aspx. Los resultados 5 se proporcionan en la Tabla 4.

Tabla 4

Ejemplo: Dimensiones del disco (ancho de barra x ancho de ranura) SPEF Ref. Energía (kWh/ton) Área de Superficie específica hidrodinámica media (m2 / g)

16: 1.0 mm x 1.3 mm 0 1.9

17: 1.0 mm x 1.3 mm 41 2.8

18: 1.0 mm x 1.3 mm 82 3.3

19: 1.0 mm x 1.3 mm 123 4.9

20: 1.0 mm x 1.3 mm 165 6.9

21: 1.0 mm x 1.3 mm 206 8.2

22: 1.0 mm x 1.3 mm 441 23.3

23: 1.0 mm x 1.3 mm 615 48.7

24: 1.0 mm x 2.0 mm 0 1.9

25: 1.0 mm x 2.0 mm 40 2.2

26: 1.0 mm x 2.0 mm 80 3.5

27: 1.0 mm x 2.0 mm 120 4.6

28: 1.0 mm x 2.0 mm 160 6.3

29: 1.0 mm x 2.0 mm 200 13.5

30: 1.0 mm x 2.0 mm 400 16.2

Los datos de la Tabla 4 demuestran que las barras más finas en las placas refinadoras resultan en una mayor fibrilación y un área superficial específica más alta.

10 General

A menos que se indique lo contrario, los parámetros numéricos establecidos en esta memoria descriptiva son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se pretende obtener mediante la presente invención. Como mínimo, y no como un intento de limitar la aplicación de la doctrina de equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parámetro numérico debe interpretarse al menos a la luz del número de dígitos 15 significativos reportados y mediante la aplicación de técnicas de redondeo ordinarias.

A pesar de que los intervalos numéricos y los parámetros que establecen el amplio alcance de la invención son aproximaciones, los valores numéricos expuestos en los ejemplos específicos se reportan de la manera más precisa posible. Sin embargo, cualquier valor numérico contiene inherentemente ciertos errores necesariamente resultantes de la desviación estándar encontrada en sus respectivas mediciones de prueba. Además, debe entenderse que todos 5 los intervalos divulgados en este documento abarcan cualquiera y todos los subintervalos subsumidos en el mismo. Por ejemplo, se debe considerar que un rango establecido de “1 a 10” incluye cualquiera y todos los subintervalos entre (y que incluyen) el valor mínimo de 1 y el valor máximo de 10; es decir, todos los subintervalos que comienzan con un valor mínimo de 1 o más, por ejemplo 1 a 6.1, y termina con un valor máximo de 10 o menos, por ejemplo, de 5.5 a 10. Adicionalmente, cualquier referencia referida como “incorporada en el presente documento” debe entenderse 10 como incorporada en su totalidad.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie que tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos 0.3 milímetros y un área de superficie específica hidrodinámica media de al menos 10 metros cuadrados por gramo.

caracterizadas porque el número de fibras de pulpa es de al menos 12.000 fibras/miligramo en una muestra que se ha secado a una temperatura de 105°C durante 24 horas.
2. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la reivindicación 1, en donde las fibras tienen una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos 0.4 milímetros.
3. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la reivindicación 1, en donde las fibras tienen un área superficial específica hidrodinámica media de al menos 12 metros cuadrados por gramo.
4. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de la reivindicación 1, en donde las fibras tienen un valor de finos ponderados de longitud de menos del 40%, preferiblemente menos del 22%, cuando las fibras que tienen una longitud de 0.2 milímetros o menos se clasifican como finos.
5. La pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie de cualquier reivindicación precedente, en donde las fibras se originaron a partir de una madera dura.
6. Un artículo de fabricación que comprende las fibras mejoradas en la superficie de cualquier reivindicación precedente, en el que el artículo es preferiblemente un producto de papel, un producto de cartón, un tablero de fibrocemento, un plástico reforzado con fibra, una pulpa de pelusa o un hidrogel.
7. Un método para producir fibras de pulpa mejoradas en la superficie que comprende:

introducir fibras de pulpa no refinadas en un refinador mecánico que comprende un par de placas refinadoras, caracterizado porque las placas tienen un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos; y

las fibras se refinan hasta que se alcanza un consumo de energía de al menos 300 kWh/ton para el refinador y para formar una pluralidad de fibras de pulpa mejoradas en la superficie con una longitud de fibra media ponderada en longitud de al menos 0.3 milímetros y una superficie específica hidrodinámica media de al menos 10 metros cuadrados por gramo, y que comprende al menos 12.000 fibras/miligramo en una muestra que se ha secado a una temperatura de 105 °C durante 24 horas.
8. El método de la reivindicación 7, en el que las placas tienen un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos.
9. El método de la reivindicación 7, en el que las fibras se refinan hasta que:

(i) se alcanza un consumo de energía de al menos 450 kWh/ton para el refinador;

(ii) se alcanza un consumo de energía de al menos 650 kWh/ton para el refinador;

(iii) se alcanza un consumo de energía entre 300 kWh/ton y 650 kWh/ton para el refinador; o

(iv) se alcanza un consumo de energía entre 450 kWh/ton y 650 kWh/ton para el refinador.
10. El método de la reivindicación 7, en el que las fibras de pulpa no refinadas están en uno o más paquetes o están en una condición de lodo antes de la introducción en el refinador mecánico.
11. El método de la reivindicación 7, en el que el refinador opera a una carga de borde específica entre 0.1 y 0.3 Ws/m.
12. El método de la reivindicación 7, en el que las fibras se refinan para producir fibras fibriladas recirculando las fibras a través del refinador una pluralidad de veces, preferiblemente al menos tres veces.
13. El método de la reivindicación 7, en el que las fibras de pulpa mejoradas superficiales producidas tienen una longitud media ponderada de longitud que es al menos 60% de la longitud media ponderada de longitud de las fibras de pulpa sin refinar y una superficie específica hidrodinámica media que es al menos 4 veces mayor que el área de superficie específica media de las fibras de pulpa no refinadas.
14. El método de la reivindicación 7, que comprende, además: eliminar continuamente una pluralidad de fibras del refinador mecánico; y

recircular más del 80% de las fibras eliminadas de vuelta al refinador mecánico para un refinado posterior.
15. El método de la reivindicación 7 o 12, en el que el refinador mecánico es un primer refinador mecánico; 5 comprendiendo además el método transportar las fibras a al menos un refinador mecánico adicional que comprende

un par de placas refinadoras, en el que el par de placas refinadoras del al menos un refinador mecánico adicional tiene un ancho de barra de 1.3 milímetros o menos y un ancho de ranura de 2.5 milímetros o menos; y

refinar las fibras en el al menos un refinador mecánico adicional.
16. El método de la reivindicación 15, en el que las fibras se refinan en el al menos un refinador mecánico adicional 10 recirculando las fibras a través de un refinador mecánico adicional una pluralidad de veces.
17. El método de la reivindicación 15 o 16, en el que las placas refinadoras en el primer refinador mecánico tienen un ancho de barra superior a 1.0 milímetros y un ancho de ranura superior o igual a 2.0 milímetros, y las placas refinadoras en al menos un refinador mecánico adicional tiene un ancho de barra de 1.0 milímetros o menos y un ancho de ranura de 1.6 milímetros o menos.