ES2863244T3 - Método para fabricar un producto de celulosa mediante un aparato de moldeo a presión, aparato de moldeo a presión y producto de celulosa - Google Patents

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Abstract

Un método de fabricación de un producto de celulosa que tiene una forma de producto plana o no plana mediante un aparato de moldeo a presión que comprende un molde de conformación (3), teniendo el molde de conformación (3) una superficie de conformación que define dicha forma de producto, que comprende las etapas de: disponer una preforma de celulosa (1a) que contiene menos del 45 por ciento en peso de agua en dicho molde de conformación (3), en donde dicho molde de conformación comprende una membrana flexible impermeable a los fluidos (4); calentar dicha preforma de celulosa (1a) a una temperatura de conformación en el intervalo de 100 °C a 200 °C; y presionar dicha preforma de celulosa (1a) por medio de dicho molde de conformación (3) con una presión de conformación que actúa sobre la preforma de celulosa (1a) a través de dicha superficie de conformación, estando dicha presión de conformación en el intervalo de 1 MPa a 100 MPa, la presión de conformación es una presión isostática, controlar un fluido para que ejerza una presión isostática sobre dicha preforma de celulosa (1a) a través de dicha membrana impermeable a los fluidos (4), caracterizado por que dicha membrana (4) queda fijada a dicha preforma de celulosa (1a) durante el prensado; y proporcionar una nueva membrana al molde de conformación (3) después de dicha etapa de prensado.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para fabricar un producto de celulosa mediante un aparato de moldeo a presión, aparato de moldeo a presión y producto de celulosa
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un método para fabricar un producto de celulosa a partir de pasta de madera y un aparato para fabricar tal producto de celulosa.
Antecedentes
Hay muchas situaciones en las que es deseable proporcionar objetos con forma bidimensional (2D) o tridimensional (3D) hechos de materiales sostenibles. Una de esas situaciones está relacionada con el envasado de productos sensibles, tales como artículos mecánicos de alta precisión, equipos electrónicos y otros artículos domésticos y de ferretería, que necesitan un envase protector para evitar daños en los productos sensibles, debido, por ejemplo, a un choque mecánico, vibraciones o compresión durante el transporte, almacenamiento u otra manipulación. Dichos envases requieren normalmente una pieza de inserción protectora que tiene una forma adaptada a los productos contenidos y, por lo tanto, sujeta de forma segura los productos en el envase. Estas piezas de inserción suelen estar hechas de poliestireno expandido (EPS), que es un material ligero derivado del petróleo y no se considera un material sostenible.
Un material de bajo precio que se usa comúnmente para las piezas de inserción de envasado es la pasta moldeada. La pasta moldeada tiene la ventaja de ser considerada un material de envasado sostenible, ya que se produce a partir de biomateriales y se puede reciclar después de su uso. Como consecuencia, la pasta moldeada ha ido ganando popularidad rápidamente tanto para aplicaciones de envasado primario como secundario (envasado junto al artículo y montaje de dichos envases). Los artículos de pasta moldeada generalmente se forman sumergiendo un molde de succión en una suspensión de pasta, mientras se aplica la succión, por lo que se forma un cuerpo de pasta con la forma del artículo deseado mediante deposición de fibras. A continuación, se retira el molde de succión de la suspensión y la succión continúa generalmente para compactar las fibras depositadas mientras se extrae el líquido residual.
Una desventaja común con todas las técnicas de conformación en húmedo es la necesidad de secar el producto moldeado, que es una etapa que consume tiempo y energía. Otro inconveniente es que se forman fuertes enlaces entre fibras, a menudo explicados como enlaces de hidrógeno, entre las fibras del material, que restringen la flexibilidad del material.
Por otra parte, muchas líneas modernas de producción ajustada requieren la fabricación de componentes o envases bajo demanda en línea donde no se prefiere un proceso de conformado en húmedo.
Últimamente, se han desarrollado nuevos materiales basados en fibras con el fin de permitir la formación en seco de objetos tridimensionales. Un enfoque se describe en el documento WO2014142714A1. El documento WO2014142714A1 divulga una banda compuesta tendida en seco que es un producto intermedio para el termoconformado de objetos de forma tridimensional, que comprende 40-95 % en peso de fibras CTMP, 5-50 % en peso de material termoplástico y 0-10 % en peso de aditivos, en donde la banda compuesta tendida en seco se ha impregnado con una dispersión, una emulsión o una solución que contiene el material termoplástico, el polímero y se seca, obteniendo una densidad de 50-250 kg/m3 o, si se comprime mediante una calandria, de 400-1000 kg/m3. De acuerdo con el documento WO2014142714A1, los enlaces del polímero se activan por la temperatura más alta aplicada en el proceso de termoformado y contribuyen a la resistencia final del objeto termoformado.
Aunque el polímero de acuerdo con el documento WO2014142714A1 puede contribuir a la resistencia final y permitir la formación de una banda tendida en seco, tal ingrediente termoplástico borrará las características sostenibles de la celulosa, ya que el compuesto no será reciclable. Esta desventaja es aplicable incluso si se usa un bioplástico renovable y compostable, por ejemplo polilactida (PLA), como se propone en el documento WO2014142714A1, ya que la logística para el reciclaje de ese material no está disponible.
Hallazgos y decisiones políticas recientes, por ejemplo, el acuerdo de París sobre el calentamiento global de 2015, estipulan que la huella de carbono de los bienes y envases consumidos, en el llamado análisis del ciclo de vida (LCA), está muy influenciado por la capacidad de reciclar y reutilizar materiales. Incluso los materiales renovables tales como celulosa y PLA deben reciclarse para estar a la altura de los materiales no renovables multi-reciclados como el polietilentereftalato (PET).
El reciclaje de materiales se está imponiendo lenta y gradualmente en la mayor parte del mundo. Europa tiene el liderazgo mundial con aproximadamente un 30 % de reciclaje, mientras que Estados Unidos solo ha alcanzado el 10 % y todavía muchos países en desarrollo aún no han comenzado a reciclar. Es común para todos los esfuerzos de reciclaje centrarse en los materiales utilizados con más frecuencia, tales como papel, cartón, vidrio, aluminio, acero y PET. Estas fracciones reciclables representan una gran mayoría de bienes desperdiciados y no es probable que otras fracciones, tales como biopolímeros, se establezcan como logística de reciclaje disponible para el público en un futuro previsible.
La demanda global de envases formados en 3D, cajas, vasos, platos, tazones, piezas de inserción y cubiertas en material renovable y reciclable con propiedades mecánicas cercanas a los plásticos, es por tanto enorme.
ISBN 978-91-7501-518-7 (Helena Halonen, octubre de 2012) ha estudiado un enfoque: la hidroxietilcelulosa (HEC) para crear un nuevo material compuesto totalmente de celulosa mediante el moldeo por compresión de pastas de madera químicas comerciales procesadas solo con agua. El objetivo fue estudiar los cambios estructurales durante el procesamiento y la complejidad de relacionar las propiedades mecánicas de los biocompuestos finales con la estructura a nanoescala.
La combinación de alta temperatura (150 - 170 °C) y alta presión (45 MPa) durante el moldeo por compresión produce un aumento notable en la agregación de fibrillas, posiblemente incluyendo enlaces de fusión celulosa-celulosa, es decir, agregación de fibrillas en la región de unión fibra-fibra. Esta agregación de fibrillas da como resultado un biocompuesto con propiedades mecánicas notables que incluyen resistencia (289 MPa), módulo (12,5 GPa) y tenacidad (6 %) mejorados si se compara, por ejemplo, con la resistencia del PET (75 MPa) y el módulo del PET ( PET 3GPa). Aunque el documento WO2014142714A1 propone un ingrediente termoplástico no reciclable y el ISBN 978-91-7501-518-7 presenta resultados científicos para formar fibras de celulosa reciclables, para obtener buenas propiedades mecánicas, hasta ahora no se ha inventado ningún método práctico o industrial que permita la producción comercial, con un tiempo de ciclo razonable, de envases y productos de celulosa como reemplazo de plásticos que se pueden reciclar como cartón
El documento US2004045690 divulga un método de moldeo por compresión en donde una preforma de celulosa se prensa mediante una membrana flexible.
El documento EP 2004517 B1 divulga una bandeja moldeada por compresión de material de fibra, formado a partir de una suspensión de pasta mecánica de celulosa. La bandeja formada se ha formado mediante secado a presión usando calor y el interior de la bandeja está provisto de una barrera protectora.
Sumario
Un objetivo de la presente divulgación es proporcionar un método para fabricar un producto de celulosa y un aparato de conformación de celulosa en el que se eviten los problemas mencionados anteriormente. Este objeto se logra, al menos en parte, mediante las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes contienen desarrollos adicionales del método para fabricar un producto de celulosa y el aparato de conformación de celulosa.
Hay muchas situaciones en las que es deseable proporcionar objetos hechos de materiales sostenibles en formas planas o esencialmente no planas. Una forma plana puede referirse a una forma generalmente bidimensional, tal como, por ejemplo, la forma de un material laminar o de una preforma, y las formas esencialmente no planas pueden referirse a cualquier forma de objeto tridimensional adecuada. Una de estas situaciones está relacionada con el envasado de líquidos, materiales secos y diferentes tipos de mercancías, donde el envasado se puede hacer en una forma tridimensional o en una forma tridimensional a partir de un material laminar bidimensional.
La invención se refiere a un método de fabricación de un producto de celulosa que tiene una forma de producto plana o no plana mediante un aparato de moldeo a presión que comprende un molde de conformación, teniendo el molde de conformación una superficie de conformación que define dicha forma del producto, que comprende las etapas de:
- disponer una preforma de celulosa que contenga menos del 45 por ciento en peso de agua en dicho molde de conformación;
- calentar dicha preforma de celulosa a una temperatura de conformación en el intervalo de 100 °C a 200 °C; y - presionar dicha preforma de celulosa por medio de dicho molde de conformación con una presión de conformación que actúa sobre la preforma de celulosa a través de dicha superficie de conformación, estando dicha presión de conformación en el intervalo de 1 MPa a 100 MPa.
La presión de conformación puede ser una presión isostática o una presión no isostática.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método de fabricación de un producto de celulosa que tiene una forma de producto no plana, que comprende las etapas de: proporcionar un aparato de moldeo por presión isostática que comprende un molde de conformación que tiene una superficie de conformación que define dicha forma de producto, y un molde de presión; disponer una preforma de celulosa que contiene menos del 45 por ciento en peso de agua entre el molde de conformación y el molde de presión; calentar la preforma de celulosa a una temperatura de conformación en el intervalo de 100 °C a 200 °C; y presionar, por medio del molde de presión, la preforma de celulosa contra el molde de conformación con una presión de conformación sustancialmente igual que actúa sobre la preforma de celulosa a través de la superficie de conformación, estando la presión de conformación en el intervalo de 1 MPa a 100 MPa.
La etapa de calentamiento y la etapa de prensado pueden tener lugar, al menos en parte, al mismo tiempo, o la preforma de celulosa se puede precalentar y no se suministra calor adicional durante el prensado.
El producto de celulosa puede ser, por ejemplo, un recipiente o una parte de un recipiente donde la fabricación del producto de celulosa utilizando el método de acuerdo con las realizaciones de la presente invención puede, por ejemplo, reemplazar los productos plásticos que son más difíciles de reciclar. En consecuencia, los productos de celulosa fabricados utilizando el método inventivo pueden ser, por ejemplo, envases, piezas de inserción para envases, cajas, tazones, platos, vasos, bandejas o cubiertas.
Por el término "isostático" debe entenderse que la presión volumétrica sobre las fibras, del biocompuesto calentado durante el proceso de agregación de fibrillas, es sustancialmente igual en todas las ubicaciones geométricas del objeto 3D final durante la producción.
Por el término "no isostático" debe entenderse que la presión volumétrica sobre las fibras, del biocompuesto calentado durante el proceso de agregación de fibrillas, no es igual en todas las ubicaciones geométricas del objeto 3D final durante la producción.
La preforma de celulosa se puede proporcionar en diversas formas, por ejemplo como una banda, una alfombra, fieltro, fibras sueltas, espuma, láminas, etc. La preforma puede contener sustancias minoritarias (0-10 %) de agentes para aumentar la resistencia, disminuir la higroscopia o hacer que el componente final sea hidrofóbico, ignífugo, colorear el componente o alterar de otra manera las características del material final. Sin embargo, la cantidad de aditivos no debería poner en peligro el propósito de esta invención de hacer que los componentes sean reciclables como el cartón.
La preforma se puede producir en una planta de conversión de pasta como alfombra en rollos.
La presente invención se basa en la constatación de que un producto de celulosa de celda plana o no plana se puede hacer más homogéneo y con tiempos de ciclo más cortos utilizando un aparato de moldeo por presión isostática. En particular, los presentes inventores han descubierto que, dependiendo de la forma deseada del producto de celulosa, una presión isostática que actúa sobre la preforma de celulosa puede proporcionar una disminución notable en el tiempo de mantenimiento necesario para obtener las mismas propiedades mecánicas del producto final. Los presentes inventores también han descubierto que, dependiendo de la forma deseada del producto de celulosa, una presión no isostática que actúa sobre la preforma de celulosa puede proporcionar una formación adecuada del producto de celulosa obteniendo propiedades mecánicas deseables del producto final.
En este contexto, debe tenerse en cuenta que el tiempo de proceso requerido para obtener propiedades mecánicas aceptables del producto final está relacionado con la humedad de la preforma y una temperatura específica y una presión isostática o no isostática específica.
Una temperatura, preferible entre 150-170 °C, y una presión, preferible entre 3-7 MPa, puede generar diferentes propiedades mecánicas. Por ejemplo, una temperatura isostática de 168 °C y una presión isostática de 4,8 MPa a una humedad del aire del 50 % de humedad relativa generarán un componente duro y rígido en un tiempo de retención de 10 segundos. Una temperatura y presión más bajas dan componentes más suaves y flexibles.
Además, demasiada agua en la preforma aumentará mucho los tiempos de retención. ISBN 978-91-7501-518-7 describe tiempos de mantenimiento de 20 minutos y utiliza esencialmente pasta húmeda para la investigación. Los experimentos han demostrado que el contenido óptimo de agua en la preforma de celulosa en el momento del procesamiento debe estar en el intervalo 0,5-10 % en peso.
En los casos graves, con grandes variaciones de presión, en la preforma durante la unión, las partes del componente nunca serán aceptables independientemente del tiempo de espera.
La técnica anterior describe dispositivos de compresión de pasta que utilizan prensas tradicionales con cilindros hidráulicos que convierten la presión hidráulica, denominados medios de presión, a una fuerza sobre una herramienta o un molde a través de un pistón del cilindro. Al formar objetos no planos, tal como objetos 3D huecos, un molde de conformación con partes de molde positivas y negativas, con una cavidad que represente el espesor y la forma deseados del componente en el medio, llamada cavidad de molde, siendo comprimido dicho molde por la fuerza del pistón. Un dispositivo de compresión de forma definida de este tipo dará lugar a grandes variaciones en la presión local en la preforma durante el procesamiento térmico, si no se realiza una compensación del espesor del componente frente a la presión de procesamiento. Cualquier dispositivo de compresión definido por la forma, sin compensación para obtener presión isostática, por lo tanto, puede conducir a una calidad desigual de los componentes y, en la mayoría de los casos industriales, a tiempos de ciclo inaceptables para la producción.
Por otra parte, los inventores han descubierto que el nivel de presión requerido puede reducirse drásticamente si se usa un método de presión isostática. ISBN 978-91-7501-518-7 ha utilizado un hemisferio hueco como objeto de referencia para la investigación utilizando 45 MPa y 20 minutos en un dispositivo de compresión de forma definida. La presión interna de la preforma en la cavidad del molde es extremadamente alta en la parte superior (por el polo) y cercana a cero en la parte inferior (adyacente al ecuador). Los presentes inventores han descubierto ahora sorprendentemente que, utilizando una presión isostática, un objeto de este tipo se puede producir con una décima parte de la presión utilizada en los tiempos de retención contados en segundos.
De acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención, la preforma de celulosa puede contener pasta de madera. Aunque se puede utilizar la denominada pasta mecánica para la preforma de celulosa, se ha encontrado que la pasta de madera química produce mejores propiedades materiales del producto.
En unas realizaciones, la preforma de celulosa puede comprender al menos un 90 por ciento en peso de pasta de madera y, por tanto, estar fabricada casi exclusivamente con material fácilmente reciclable.
De acuerdo con diversas realizaciones, el molde de presión puede comprender ventajosamente una membrana flexible, y el aparato de moldeo a presión comprende además un dispositivo de control de fluido para controlar un fluido para ejercer una presión isostática sobre la preforma de celulosa a través de la membrana impermeable a los fluidos.
En este contexto, cabe señalar que el término fluido abarca tanto líquidos como gases.
En algunas realizaciones, el aparato de moldeo puede contener el fluido a presión en un recinto limitado parcialmente por la membrana. Al aumentar la cantidad de fluido en el recinto y/o reducir el tamaño del recinto, la presión del fluido aumentará. El aumento de la presión del fluido dará como resultado a su vez un aumento de la presión isostática que actúa sobre la preforma de celulosa.
En consecuencia, el dispositivo de control de fluido mencionado anteriormente puede ser un accionador que comprime el fluido o un dispositivo de control de flujo de fluido para permitir que el fluido presurizado entre en una cámara de presión que tiene la membrana flexible como parte de una pared de la misma.
De acuerdo con la invención, la membrana queda fijada a la preforma de celulosa, por ejemplo por medio de un adhesivo, durante el prensado, y el método comprende además la etapa de proporcionar una nueva membrana después de la etapa de prensado. La membrana se puede proporcionar, por ejemplo, en un rollo y se puede añadir al producto fabricado para añadir funcionalidad al producto.
En otras realizaciones adicionales, la membrana mencionada anteriormente se puede proporcionar en la preforma de celulosa.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un aparato de moldeo por presión isostática para fabricar un producto de celulosa que tiene una forma de producto plana o no plana a partir de una preforma de celulosa, comprendiendo el aparato de moldeo por presión isostática un molde de conformación que tiene una superficie de conformación que define la forma del producto; y un dispositivo de control de fluido para controlar un fluido para que ejerza una presión isostática sobre la preforma de celulosa para presionar la celulosa contra la superficie de conformación.
El molde de conformación puede comprender una parte de molde de conformación negativa y una parte de molde de presión negativa.
El molde de conformación puede comprender una parte de molde de conformación negativa y una parte de molde de presión positiva.
De acuerdo con realizaciones de la presente invención, se obtiene una presión isostática en dispositivos de compresión definidos por fuerza, en donde dichos dispositivos de compresión comprenden una barrera flexible o una membrana que rodea y separa la preforma del medio de presión, por ejemplo, gas, aceite hidráulico, agua, bebidas para envasar, elastómero o material dilatante.
Un método y un dispositivo de acuerdo con realizaciones de la presente invención se refieren al moldeo por soplado de objetos 3D huecos tales como botellas, cartones de leche, latas y tarros. Los envases clásicos basados en celulosa para lecherías y zumos experimentan la competencia de las botellas de PET moldeadas por soplado. A pesar de que los envases basados en celulosa y papel son renovables y reciclables, la moldeabilidad del PET moldeado por soplado ha restringido el crecimiento de los envases de papel plegados.
De acuerdo con dichas realizaciones de moldeo por soplado, los dispositivos comprenden, al menos dos moldes de conformación negativos que rodean dichas fibras de celulosa y una barrera de capa de película de un solo uso, para convertirse en una parte integrada del componente final, en donde dichas fibras de celulosa y dicha barrera de capa de película se proporcionan a la cavidad de los moldes en forma de tubo y en donde dicha barrera de capa de película separará el medio de presión, cuando se llena en dicha forma de tubo, de las fibras de celulosa y en donde dicho medio de presión se presurizará para crear una presión isostática en cada parte de dichas fibras de celulosa hacia dichos moldes de conformación.
Por tanto, la presente invención proporcionará un método, una preforma en forma de tubo, un dispositivo de moldeo por soplado y envases renovables con propiedades similares a los termoplásticos en donde dichos envases son reciclables como papel y cartón.
Tal dispositivo de moldeo por soplado puede constituir preferentemente el equipo de llenado en el sitio en una lechería, cervecería o fábrica de zumos utilizando la bebida o el líquido a envasar, como dicho medio de presión.
De acuerdo con otras realizaciones, se obtiene una presión isostática en dispositivos de compresión de forma definida, compuesto por dos moldes rígidos, uno positivo y otro negativo en donde la cavidad entre los moldes cerrados define la forma del objeto tridimensional final y en donde el espesor de dicha cavidad o el espesor de dicha preforma, está diseñado para crear una presión isostática en cada parte de dichas fibras de celulosa hacia dichos moldes.
Breve descripción de los dibujos
Estos y otros aspectos de la presente invención se describirán ahora con más detalle, con referencia a los dibujos anexos que muestran una realización a modo de ejemplo de la invención, en donde:
Las figuras 1a-c muestran esquemáticamente un método de prensado convencional, dispositivo y componente de compresión;
Las figuras 2a-b muestran esquemáticamente una configuración alternativa del dispositivo de compresión, que utiliza una membrana multiusos, mostrándose la etapa inicial (a) y la etapa comprimida (b) de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
Las figuras 3a-b muestran esquemáticamente una configuración alternativa del dispositivo de compresión, compuesto por una barrera integrada de material de un solo uso, mostrándose la etapa inicial (a) y la etapa comprimida (b) de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención; Las figuras 4a-d muestran esquemáticamente una configuración alternativa del dispositivo y componente de compresión, que utiliza una barrera integrada de material de un solo uso y moldeo por soplado, mostrándose la etapa inicial (a y b) y la etapa comprimida (c) de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
Las figuras 5a-b muestran esquemáticamente una configuración alternativa del dispositivo de compresión, que utiliza una membrana multiusos, mostrándose la etapa inicial (a) y la etapa comprimida (b) de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
Las figuras 6a-c muestran esquemáticamente una configuración alternativa de la compresión, que utiliza el control de presión de compensación de la cavidad, mostrándose la etapa inicial (a y b) y la etapa comprimida (c) de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
Las figuras 7a-b muestran esquemáticamente una configuración alternativa del dispositivo de compresión, utilizando la compensación de espesor de la preforma, mostrándose la etapa inicial (a) y la etapa comprimida (b) de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente invención;
Las figuras 8a-c muestran esquemáticamente una configuración alternativa del dispositivo de compresión, que utiliza una membrana flexible maciza; y
Las figuras 9a-c muestran esquemáticamente otra configuración alternativa del dispositivo de compresión, que utiliza una membrana flexible maciza.
Descripción de ejemplos de realizaciones
A continuación en el presente documento se describirán diversos aspectos de la divulgación junto con los dibujos adjuntos para ilustrar y no limitar la divulgación, en donde designaciones similares denotan elementos similares, y las variaciones de los aspectos descritos no se limitan a las realizaciones mostradas específicamente, sino que son aplicables a otras variaciones de la divulgación.
En la presente descripción detallada, se describirá un método para fabricar un producto de celulosa, un aparato de moldeo a presión y un producto de celulosa.
Diversas realizaciones de materiales laminares o de preformas de acuerdo con la divulgación se discuten principalmente con referencia a una preforma de celulosa colocada en posición para formar en un molde de conformación, en forma plana. Cabe señalar que esto de ninguna manera limita el alcance de la presente invención, que igualmente incluye, por ejemplo, una preforma pre-conformada en un objeto tridimensional. Por ejemplo, la preforma puede presentarse al molde de conformación en una forma similar a la forma final deseada del objeto. Otra realización podría comprender una preformas de celulosa, que se suministra al molde en una banda en un rollo.
Una forma plana puede referirse a una forma generalmente bidimensional (2D), tal como, por ejemplo, la forma de una preforma o de un material laminar, y las formas esencialmente no planas pueden referirse a cualquier forma tridimensional (3D) adecuada. Un objeto de acuerdo con la divulgación se puede hacer en una forma bidimensional, una forma tridimensional, o formado en una forma tridimensional a partir de una preforma o material laminar bidimensional.
Por otra parte, mostrando esquemáticamente una lámina coherente de fibras de celulosa, esto de ninguna manera limitará el alcance de la presente invención, que igualmente incluye, por ejemplo, preformas con fibras sueltas y separadas aplicadas al molde de conformación.
En la presente descripción detallada, diversas realizaciones del objeto tridimensional a formar y el molde para formar los objetos de acuerdo con la presente invención se tratan principalmente con referencia a un cuenco hueco, una taza hueca o una botella hueca, con espesor principalmente uniforme. Cabe señalar que esto de ninguna manera limita el alcance de la presente invención, que igualmente incluye, por ejemplo, formas complejas con diferentes espesores, partes no huecas u objetos macizos. Por ejemplo, el objeto puede comprender ventajosamente refuerzos, pliegues, orificios, texto en forma 3D, bisagras, cerrojos, hebras, cierres a presión, pies, pomos o patrones de superficie.
Las figuras 1a-c ilustran un método de prensa convencional, un dispositivo de compresión y un componente producido con un método y dispositivo de presión no isostática.
La figura 1a es una vista lateral esquemática de un dispositivo de compresión de la técnica anterior en un estado no comprimido que tiene un molde superior negativo 102b y un molde de conformación inferior positivo 102a y una lámina de fibras de celulosa 101a.
La figura 1b es una vista lateral esquemática de un dispositivo de compresión de la técnica anterior en un estado comprimido que tiene un molde de presión superior negativo 102b y un molde de conformación inferior positivo 102a y una lámina de fibras de celulosa 101a comprimidas parcialmente por la fuerza F que forman la forma final deseada 101b utilizando calor y presión P.
Como es habitual, el espesor del componente final 101b es uniforme y, en consecuencia, el espesor de la cavidad t1 = rb - ra entre los dos moldes 102a y 102b es uniforme. Dado que las herramientas convencionales para comprimir están hechas de metal rígido o material no flexible similar, y dado que las fibras de celulosa secas no se comportan como un fluido igualador de presión, la presión P en dicha cavidad dependerá de la cantidad de preforma 101 presente y del principio de generación de presión local.
El principio de generación de presión local a la presión P2 y P5 se define por la fuerza F. El principio de generación de presión local en P4 se define por la geometría de la cavidad y la cantidad de preforma 101 presente. La presión local P3 está determinada por una combinación de fuerza y principio de generación de presión definido por la forma.
Una presión definida por la forma, como P4, depende en gran medida de la cantidad actual real de preforma 101. Las variaciones pequeñas y normalmente estocásticas en el suministro de material local afectarán drásticamente a la presión local obtenida. La presión definida por la fuerza tiene una ganancia lineal y es un proceso mucho más robusto para uso industrial.
La figura 1c ilustra un objeto tridimensional, un componente, una semiesfera 101b producida con el método de compresión convencional descrito anteriormente. Dado que es probable que alguna preforma 101a se estire cuando la preforma 101a se doble sobre el molde inferior 102a cuando el molde de presión superior 102b cierra la herramienta sobre la preforma 101a, las propiedades mecánicas son diferentes en la ubicación 101b P4 que en la ubicación 101b P2 del componente terminado 101b.
Ahora se describirá un dispositivo de compresión definido por fuerza de acuerdo con una realización de ejemplo de la presente descripción con referencia a las figuras 2a-b. En la figura 2a, una vista lateral esquemática de un dispositivo de compresión o un aparato de moldeo por presión, en forma de un molde de conformación 3 para fibras de celulosa usando calor se muestra en un estado abierto. El dispositivo de compresión o molde de conformación se puede construir de modo que se aplique una presión isostática al formar el producto de celulosa. La presión aplicada también puede ser no isostática de modo que se apliquen diferentes niveles de presión en diferentes partes del molde de conformación 3 cuando se forma el producto de celulosa. El molde de conformación 3 comprende al menos una superficie de conformación que define dicha forma de producto.
El molde de conformación 3 de esta realización de la presente divulgación usa una parte rígida de molde de conformación 2a colocada debajo de una membrana 4 de usos múltiples. La membrana 4 constituye un sello para un medio de presión o fluido 5, tal como por ejemplo aceite hidráulico, contenido en una cámara de presión, no mostrada en la figura. La membrana 4, también llamada diafragma, puede ser preferentemente de caucho, silicio, elastómero o poliuretano.
Se encuentran dispositivos de prensado similares en industrias completamente diferentes como, por ejemplo, al formar chapas metálicas para aviones o al procesar polvo metálico en materiales homogéneos. Por ejemplo, las prensas isostáticas para fines convencionales normalmente utilizan una presión muy alta, tal como dentro del intervalo 100­ 200 MPa (1000-2000 bar).
La preforma de celulosa 1a, compuesta principalmente por fibras de celulosa con algunos aditivos y agentes, se ha colocado, como se muestra en la figura 2a, en un espacio entre la membrana 4 y la parte rígida del molde de conformación 2a, que en la figura 2a está dispuesta debajo de la membrana 4. La preforma de celulosa 1a también puede contener una cantidad de agua, que, por ejemplo, puede depender de la humedad de la atmósfera circundante.
Para formar el producto de celulosa, o una parte de un producto de celulosa, de la preforma de celulosa 1a, la preforma de celulosa 1a, tiene que calentarse a una temperatura de conformación T1, que puede estar en el intervalo de 100 °C a 200 °C. La parte de molde de conformación 2a se puede calentar a la temperatura deseada T2 de modo que el calor se transfiera a la preforma de celulosa 1a para alcanzar la temperatura de conformación T1 de la preforma de celulosa 1a. El molde de conformación 3 puede precalentarse, por ejemplo, a una temperatura de 150-170 °C bombeando aceite calentado a los canales internos 7 de la parte de molde de conformación 2a. Una forma alternativa de precalentar el molde de conformación 3 es utilizar resistencias eléctricas integradas, no mostradas en la figura. La preforma de celulosa 1a también se puede precalentar, por ejemplo, utilizando rayos infrarrojos antes de la entrada de la herramienta. Calentar el medio de presión 5 a una temperatura del medio de presión T5 también puede ser una alternativa adecuada.
En la figura 2b, el aceite hidráulico 5 se ha presurizado a una presión de al menos 1 MPa, y la membrana 4 ha envuelto el molde de conformación calentado 2a con el material comprimido 1b que forma el producto de celulosa en el medio. Una presión adecuada P1 cuando se forma el producto de celulosa puede estar dentro del intervalo de 1-100 MPa. Aplicando una presión adecuada P1, las fibras de celulosa se comprimen. La presión aplicada P1 puede ser uniforme o isostática para comprimir las fibras de celulosa de manera uniforme independientemente de su posición relativa en el molde de conformación 2a e independientemente de la cantidad local real de fibras. En una realización alternativa, en cambio, la presión puede ser no isostática de modo que se utilicen diferentes niveles de presión en diferentes partes del molde de conformación 3 para formar el producto de celulosa. Esto puede usarse, por ejemplo, si se desean diferentes propiedades estructurales en diferentes partes del producto de celulosa.
El dispositivo de compresión puede comprender un dispositivo de control de fluido (no mostrado en las figuras) y puede ser un actuador que comprime el fluido 5 o un dispositivo de control de flujo de fluido para permitir que el fluido presurizado 5 entre en la cámara de presión que tiene la membrana flexible 4 como una parte de una pared de la misma. El aparato puede comprender el fluido 5, o el fluido 5 puede ser aire extraído de la atmósfera circundante.
Los presentes inventores han descubierto que una presión P1 de 4 MPa (40 bar) a una temperatura de 160 °C cuando se forma el producto de celulosa da una agregación de fibrillas en las fibras de celulosa que se compara con muchos termoplásticos después de 10 segundos de tiempo de retención.
Con el fin de reducir el tiempo de ciclo para la producción industrial de productos de celulosa a partir de material comprimido 1b, el enfriamiento de dicho material comprimido 1b puede realizarse, por ejemplo, bombeando aceite enfriado a los canales internos 7 dispuestos en la parte de molde de conformación 2a o en la cámara de presión, en donde la temperatura T2 de la parte del molde de conformación 2a y la temperatura T5 del medio de presión 5 se pueden bajar rápidamente después de que se haya completado la agregación de fibrillas en las fibras de celulosa.
El proceso y el dispositivo volverán a su estado abierto mostrado en la figura 2a bajando el medio de presión 5 a la presión atmosférica P0, en donde dicha membrana 4 se retraerá a su estado inicial más o menos plano y en donde el producto de celulosa terminado puede ser expulsado y preferentemente cortado libre de fibras de celulosa comprimidas o no comprimidas residuales no deseadas.
El espesor final t1 del producto de celulosa puede variar ligeramente dependiendo de la cantidad local real de fibras de celulosa.
En una realización alternativa, se puede usar una parte de molde de conformación rígida en lugar de la membrana flexible o maleable 4, lo que puede ser adecuado si se desean diferentes niveles de presión al formar el producto de celulosa. El uso de una membrana flexible 4 puede proporcionar un método de compresión isostática que dé como resultado un producto de celulosa homogéneo con alta resistencia y un ciclo de producción corto.
Una diferencia entre el método de compresión inventivo y el dispositivo de las figuras 2a-b cuando se usa presión isostática y el método y dispositivo de la técnica anterior de las figuras 1a-b se encuentra en la configuración que usa una membrana flexible o maleable 4 en lugar del molde superior rígido 102b. Un método y un dispositivo de compresión isostática dan como resultado un componente homogéneo con alta resistencia y un ciclo de producción corto.
Anteriormente, se ha descrito una realización de ejemplo del método y dispositivo de compresión isostática con referencia a las figuras 2a-b. Debe entenderse que la formación de objetos tridimensionales en un compuesto totalmente de celulosa usando moldeo por compresión caliente de pasta de madera procesada solo con agua se puede obtener de otras formas mientras se sigue logrando presión isostática.
haciendo referencia a las figuras 3a-b, la membrana de usos múltiples 4 en las figuras 2a-b ha sido reemplazada por una membrana de un solo uso que comprende una barrera de película delgada 6 en donde dicha barrera 6 puede pre­ aplicarse a la preforma de celulosa 1a cuando se produjo la preforma de celulosa 1a o en donde la barrera de película 6 se proporciona al dispositivo de compresión, por ejemplo de rollos, no mostrados en las figuras, y se aplica a la preforma de celulosa 1a durante la compresión isostática de la preforma de celulosa 1a.
Dicha barrera de película delgada 6 puede estar hecha de un material termoplástico tal como PET o PLA, teniendo un espesor dentro del intervalo 1-700 pm.
La figura 3a muestra esquemáticamente el método que comprende un dispositivo de compresión o molde de conformación 3 en su estado abierto inicial, que utiliza la barrera de película fina 6 aplicada a las fibras de celulosa 1a, que comprende una parte inferior del molde de conformación negativo 2b precalentada a la temperatura T2 y un medio de presión o fluido 5, preferentemente gas o aire a presión atmosférica, contenido en la cámara de presión, no mostrado en la figura.
La figura 3b muestra el mismo dispositivo y la preforma de celulosa 1a que se muestra en la figura 3a en el estado comprimido, en donde dicho medio de presión 5, preferentemente aire comprimido o un líquido no contaminante tal como agua, se ha presurizado a la presión P1 y en donde la barrera de película delgada 6 separa y sella el medio de presión del material comprimido 1b de la preforma de celulosa 1a y en donde dicho medio de presión 5 y la membrana 6 forman una presión igual actuando sobre las fibras de celulosa a través de la superficie de conformación calentada, con una temperatura T2, de dicha parte de molde de conformación 2b.
Manteniendo la misma presión P1 a la temperatura T1 durante un cierto periodo de tiempo X, la agregación de fibrillas en las fibras de celulosa creará un componente biocompuesto del material comprimido 1b con propiedades mecánicas parecidas a los termoplásticos. Si como ejemplo, la presión P1 es de 4 MPa (40 bar), la temperatura de conformación T1 es de 140 °C, la temperatura T2 de la parte de molde de conformación 2b es de 160 °C, y el periodo de tiempo X es de 10 segundos, se puede conseguir el componente biocompuesto del material comprimido 1b con propiedades mecánicas parecidas a los termoplásticos.
Quitando el medio de presión 5 y bajando la presión a la presión atmosférica P0 después del periodo de tiempo X, el producto de celulosa formado por el material comprimido 1b puede ser expulsado y, si es necesario, cortado a su forma final.
Una ventaja del método analizado en las figuras 3a-b es que la barrera de película 6 también puede funcionar como una barrera frente a otros medios que se expondrán al componente durante el uso. Por ejemplo, si el producto de celulosa provisto de la película barrera 6 es un cuenco para ensaladas para llevar, se desea tener una barrera 6 para proteger las fibras de celulosa en el material comprimido 1b del contacto con las verduras y para disminuir las características higroscópicas del cuenco. Este método también podría usarse para producir botellas o recipientes para productos líquidos, y el producto de celulosa puede, por lo tanto, ser adecuado para envasar diferentes tipos de líquidos o bebidas, incluidos los líquidos carbonatados.
Pasando a las figuras 4a-d, el molde de conformación 3 comprende al menos dos superficies de conformación negativas o partes 2a, 2b, que se pueden abrir y cerrar, rodeando una preforma de celulosa en forma de tubo 1a que comprende una barrera de película 6 en donde la capa externa son fibras de celulosa 1a sin comprimir y sus aditivos y la capa interna 6 una membrana de un solo uso que comprende una barrera de película delgada 6. Preferentemente, la preforma se puede suministrar al dispositivo de compresión en rollos, no mostrados en la figura, en forma plana en donde la preforma tiene forma de tubo, no mostrado en la figura, rodeando una boquilla de medio de presión 8.
En la figura 4a, el molde de conformación 3 con las superficies o partes de conformación 2a, 2b se precalienta a la temperatura del molde de conformación T2, y se muestra esquemáticamente en la etapa inicial abierta del método del proceso de conformación. La preforma de celulosa en forma de tubo 1a con la barrera de película 6 se suministra desde la parte superior que rodea la boquilla de medio de presión 8 fija, lo que significa que la preforma de celulosa en forma de tubo 1a con la barrera de película 6 se suministra en una dirección desde arriba hacia las superficies de conformación 2a, 2b.
Cerrando el molde de conformado precalentado 3 con una fuerza de cierre Fc que es mayor que la fuerza de apertura creada por la presión P1 aplicada por el medio de presión al interior del molde de conformación 3 por la boquilla de medio de presión 8 mostrada en la figura 4c. El estado cerrado del molde de conformación 3 con las superficies de conformación 2a, 2b se muestra esquemáticamente en las figuras 4b-c. La fuerza de cierre Fc y el diseño de las superficies de conformación 2a, 2b adyacentes a la parte superior e inferior de la cavidad sellarán el volumen interior de la preforma de celulosa 1a de la presión atmosférica exterior P0. En una realización alternativa, la preforma de celulosa puede ser cortada por los moldes de conformación a partir del material residual cuando el molde de conformación 3 está cerrado.
La figura 4c muestra la fase de conformación y agregación de fibrillas del método de la presente invención en donde dicho volumen interno de la preforma se ha llenado con medio de presión 9 desde la boquilla de medio de presión 8 y se ha presurizado a la presión P1, en donde el medio de presión 9 y la membrana de un solo uso 6 forman una presión igual actuando sobre las fibras de celulosa a través de la superficie de conformación calentada de dichos moldes de conformación 2a y 2b.
El proceso de llenado se lleva a cabo entre las etapas mostradas en las figuras 4b y 4c, y requiere canales de aire 10 para permitir que el aire fuera de la preforma de celulosa 1a con la barrera de película 6 en la cavidad del molde de conformación 3 sea drenado durante el proceso de expansión de la preforma.
La figura 4d ilustra un producto de celulosa tridimensional en forma de un objeto hueco hecho del material comprimido 1b y la película barrera 6, por ejemplo, una botella para bebidas, formada por el método descrito en la figura 4a-c llena con dicho medio de presión 9, en donde la barrera de película 6 separa el medio de presión 9 de las fibras de celulosa comprimidas 1b.
De acuerdo con la presente descripción, el medio de presión 9 está constituido por la bebida con la que se pretende llenar el producto de celulosa, tal como por ejemplo, leche, zumo, agua y bebidas carbonatadas.
La barrera de película 6 puede estar hecha preferentemente de un material termoplástico delgado tal como PET o PLA, teniendo un espesor en el intervalo de 1-700 pm, en donde la película barrera 6, aplicada convencionalmente en envases de papel para bebidas, también sella las fibras de celulosa 1b del contacto con la bebida 9 durante el almacenamiento y uso del producto de celulosa.
El tiempo de ciclo para la etapa del proceso que se muestra en la figura 4c se puede reducir si la bebida 9 se enfría a una temperatura Tg, por ejemplo en el intervalo de 1-20 °C, y se llena rápidamente, preferentemente en menos de un segundo. Si el molde de conformación 3 con las superficies de conformación 2a, 2b se precalienta a una temperatura de molde T2, que por ejemplo es 200 °C y la preforma se precalienta a una temperatura T1, de por ejemplo 140 °C, la temperatura del medio de presión T9 permitirá la liberación de la botella llena del molde de conformación 3 en tiempos de ciclo de segundos o incluso menos.
Las figuras 5a-b muestran esquemáticamente otro principio de la presente divulgación, en donde el dispositivo de compresión comprende al menos una parte de molde de conformación positiva 2a, al menos una parte de molde de presión negativa 2b y una membrana preformada multiusos 4, en donde el medio de presión 5 está presurizado a la presión P1 después de que las partes del molde 2a y 2b, que rodean la preforma de celulosa 1a, se hayan cerrado.
La etapa de conformación final en la que tiene lugar la agregación de fibrillas en las fibras de celulosa de la preforma de celulosa 1a se muestra en la figura 5b. La sección transversal ampliada que se muestra en la figura 5b ilustra cómo el medio de presión 5 penetra en el molde de conformación 3 entre la parte superior del molde de presión negativo 2b y la membrana 4 en donde una presión P1, comprimirá uniformemente la preforma de celulosa 1a hacia la superficie de conformación del molde de conformación positivo 2a inferior precalentada. La penetración del medio de presión 5 puede facilitarse mediante pequeñas hendiduras, no mostradas en la figura, en la superficie de la parte superior del molde de presión negativo 2b, que actúan como microcanales para el medio de presión 5.
La realización del dispositivo de compresión de acuerdo con las figuras 5a-b puede ser beneficiosa en comparación con el método analizado en las figuras 2a-b, donde se prefieren tiempos de ciclo más cortos. La membrana 4 no tiene que deformarse en la misma medida en la realización mostrada en las figuras 5a-b.
Los ejemplos descritos anteriormente del método de compresión, con referencia a las figuras 2-5, comprenden una membrana flexible 4, que puede usarse para proporcionar una presión isostática. Debe entenderse que la formación de objetos tridimensionales en un material compuesto totalmente de celulosa usando moldeo por compresión caliente de pastas de madera procesadas solo con agua puede obtenerse usando herramientas convencionales mientras se sigue logrando presión isostática.
Haciendo referencia a las figuras 6a-c, una parte superior del molde de presión negativo 2b no flexible precalentada y una parte inferior del molde de conformación positivo 2a no flexible precalentada, rodean la preforma de celulosa 1a, en donde el espesor de la cavidad t (P) entre la parte inferior del molde de conformación positivo 2a no flexible precalentada y la parte superior del molde de presión negativo 2b no flexible precalentada se desvía del espesor nominal uniforme, en donde la desviación se establece de forma teórica y/o práctica para crear una presión isostática P1 en cada parte de la preforma de celulosa 1a hacia las partes del molde 2a y 2b cuando las partes del molde se presionan juntas con la fuerza F.
La figura 6a muestra esquemáticamente la realización en un estado abierto inicial con la preforma de celulosa en un estado plano alimentada a las partes del molde en una banda continua 1a. La figura 6c muestra esquemáticamente la realización en un estado cerrado con la preforma de celulosa 1a en un estado comprimido no plano. La figura 6b muestra esquemáticamente la realización en un estado intermedio entre el abierto y el cerrado, en un estado no plano no comprimido.
Las figuras 6a-c muestran un ejemplo de un dispositivo de compresión para un cuenco hueco, donde la parte de molde de conformación positiva 2a tiene una forma nominal, preferida, y donde la parte de molde de presión negativa 2b tiene una forma compensada para obtener la misma presión P1.
Como se muestra en la figura 6b, la preforma está deformada por las dos partes del molde 2a, 2b en donde el espesor t de la preforma de celulosa 1a varía debido a la fricción y a la restricción de la deformación en la preforma de celulosa 1a. En este ejemplo esquemático, que puede modificarse de muchas formas, la preforma de celulosa 1a terminará con un espesor más delgado tmín, adyacente a la entrada de la cavidad del molde de presión 2b y un espesor más grueso tmáx en la parte superior del molde de conformación 2a.
El espesor de la cavidad, s, entre las dos partes del molde 2a, 2b, se compensa por tanto para que el espesor de cavidad más estrecho smín está situado junto a donde la preforma de celulosa es más delgada tmín y el espesor de cavidad más amplio smáx está situado junto a donde la preforma de celulosa sin comprimir 1a es más gruesa tmáx, por medio del molde de presión negativo 2b, presionando la preforma de celulosa 1a contra el molde de conformación positivo 2a con una presión de conformación sustancialmente igual P1 actuando sobre la preforma de celulosa 1a a través de la superficie de conformación.
Por otra parte, la relación entre el espesor de la preforma de celulosa, t, y el espesor de la cavidad, s, y la forma de la cavidad final, también está relacionado con la generación de presión geométrica de la cavidad. La fuerza F determina la presión P1 encima de la parte de molde de conformación positiva 2a mientras que la convexidad, espesor y ángulo de la cavidad adyacente al espesor de cavidad más estrecho smín determinan la presión final P1.
Los inventores de la presente invención han descubierto que la forma final de la cavidad es un algoritmo complejo t (P) para obtener una presión sustancialmente isostática P1 donde se requieren ensayos tanto matemáticos, preferentemente análisis FEM, como empíricos, preferentemente de tipo ensayo y error, para obtener la misma presión en todo el componente.
De acuerdo con otra realización de la presente divulgación, sin membrana flexible, la cavidad geométricamente compensada por presión en las figuras 6a-c puede sustituirse por compensación de espesor de la preforma de celulosa.
Las figuras 7a-b muestran esquemáticamente una parte de molde de conformación negativa 2b de presión no compensada tradicional y una parte de molde de conformación positiva 2a no compensada, con un espesor de cavidad nominal igual y preferido, t, en donde la preforma tiene un espesor de presión compensada entre tmín-tmáx establecido con la misma teoría y de la misma manera que se describe para la realización discutida en relación con las figuras 6ac.
La preferencia por el método de creación de presión isostática sin membrana flexible, presentado en relación con las figuras 6a-cy 7a-b, está relacionada con un tiempo de ciclo más corto y un menor coste para el dispositivo de compresión. Sin embargo, el esfuerzo de desarrollo puede resultar más costoso para el método que utiliza moldes rígidos.
La ventaja de utilizar el método descrito en relación con las figuras 7a-b sobre el método descrito en relación con las figuras 6a-c es el espesor uniforme alcanzado t1 del producto de celulosa final. Sin embargo, las preformas podrían ser más costosas de producir en el método descrito en las figuras 7a-b.
Como alternativa, el molde de conformación 3 también puede disponerse con una membrana construida como una estructura de membrana flexible maciza. En las figuras 8a-c se muestra esquemáticamente un molde de conformación alternativo 3 con una parte de molde de conformación negativa 2b y una parte de molde de conformación positiva 2a. La parte de molde de conformación positiva 2a está aplicando una presión de conformación, F, sobre una membrana flexible maciza 4, que está aplicando una presión isostática sobre la preforma de celulosa 1a cuando se forma el producto de celulosa. Por membrana flexible maciza se entiende una estructura flexible, que tiene una capacidad similar para aplicar la presión isostática a la preforma de celulosa 1a, como las estructuras de membrana descritas en las realizaciones anteriores, pero con una mayor zona de deformación elástica en comparación con las estructuras de membrana más delgadas. La membrana flexible maciza 4 puede construirse con una estructura de membrana gruesa o incluso estar hecha de un cuerpo homogéneo de un material flexible. El material flexible puede tener propiedades que harán que el material flote entre las partes del molde de conformación cuando se aplique presión al cuerpo. En la realización mostrada en las figuras 8a-c, la membrana flexible maciza 4 está construida a partir de un cuerpo homogéneo de un material flexible.
En una realización alternativa, la membrana flexible maciza 4 puede tener un espesor variado, donde la membrana flexible maciza está, por ejemplo, conformada o moldeada en una estructura con un espesor variado. Las áreas más delgadas y más gruesas de la membrana flexible maciza con espesores variados pueden compensar áreas en las partes del molde de conformación que necesitan una deformación mayor o menor de la membrana para igualar o nivelar la presión a la que se somete la preforma de celulosa 1a. Mediante el uso de una estructura de membrana flexible maciza, el molde de conformación se puede hacer más barato y de construcción más simple.
La maciza membrana flexible 4 está construida de modo que cuando la presión, F, se aplica desde las partes del molde de conformación, la membrana flexible maciza 4 se deforma para proporcionar la presión isostática. La membrana flexible maciza 4 puede estar hecha de un material elastomérico adecuado, tal como por ejemplo caucho, silicona, poliuretano u otro elastómero. Debido a las propiedades flexibles de la membrana flexible maciza 4, la membrana flexible maciza 4 aplica una presión isostática a la preforma de celulosa 1a.
En la figura 8a, la preforma de celulosa 1a se coloca entre la parte de molde de conformación negativa 2b y la membrana flexible maciza 4. La parte de molde de conformación positiva 2a está empujando la membrana flexible maciza 4 y la preforma de celulosa 1a dentro de la parte de molde de conformación negativa 2b cuando la presión de conformación, F, se aplica a las partes del molde de conformación, como se muestra en las figuras 8a-b. Al formar el producto de celulosa, la parte de molde de conformación negativa 2b se calienta a una temperatura de parte de molde de conformación T2 y, durante el proceso de conformación, la preforma de celulosa 1a se calienta a una temperatura de conformación T1, véanse las figuras 8a-c.
En las figuras 9a-c se muestra esquemáticamente otro molde de conformación 3 alternativo, con una parte de molde de conformación negativa 2b y una parte de molde de conformación positiva 2a. La parte de molde de conformación negativa 2b está aplicando una presión de conformación, F, sobre una membrana flexible maciza 4, que está aplicando una presión isostática sobre la preforma de celulosa 1a cuando se forma el producto de celulosa. La maciza membrana flexible 4 está construida de modo que cuando la presión, F, se aplica desde las partes del molde de conformación, la membrana flexible maciza 4 se deforma para proporcionar la presión isostática. La membrana flexible maciza 4 puede tener la misma construcción que la descrita anteriormente en relación con la realización mostrada en las figuras 8a-c. En la realización mostrada en las figuras 9a-c, la membrana flexible maciza 4 tiene un espesor variado para adaptarse a la forma de la parte de molde de conformación positiva 2a. Debido a las propiedades flexibles de la membrana flexible maciza 4, la membrana flexible maciza 4 aplica una presión isostática a la preforma de celulosa 1a.
En la figura 9a, la preforma de celulosa 1a se coloca entre la parte de molde de conformación positiva 2a y la membrana flexible maciza 4. La parte de molde de conformación positiva 2a está empujando la preforma de celulosa 1a dentro de la parte de molde de conformación negativa 2b hacia la membrana flexible maciza 4 cuando la presión de conformación, F, se aplica a las partes del molde de conformación, como se muestra en las figuras 9a-b. Al formar el producto de celulosa, la parte de molde de conformación positiva 2a se calienta a una temperatura de parte de molde de conformación T2 y, durante el proceso de conformación, la preforma de celulosa 1a se calienta a una temperatura de conformación T1, véanse las figuras 9a-c.
En las reivindicaciones, la expresión "que comprende" no excluye otros elementos o etapas y el artículo indefinido "uno" o "una" no excluye una pluralidad. El mero hecho de que determinadas medidas se enuncien en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no se pueda aprovechar.
Se apreciará que la descripción anterior es de naturaleza meramente ilustrativa y no pretende limitar la presente divulgación, su aplicación o usos. Si bien se han descrito ejemplos específicos en la memoria descriptiva y se han ilustrado en los dibujos, los expertos en la materia entenderán que pueden realizarse varios cambios y pueden sustituirse elementos equivalentes por elementos de los mismos sin alejarse del alcance de la presente divulgación tal como se define en las reivindicaciones. Además, pueden realizarse muchas modificaciones para adaptar una situación o un material particular al contenido de la invención sin alejarse del alcance esencial de la misma.
Por tanto, se pretende que la presente divulgación no se limite a los ejemplos particulares ilustrados por los dibujos y descritos en la memoria descriptiva como el mejor modo contemplado actualmente para llevar a cabo las enseñanzas de la presente divulgación, sino que el alcance de la presente divulgación incluirá cualquier realización que caiga dentro de la descripción anterior y las reivindicaciones adjuntas.
Los símbolos de referencia mencionados en las reivindicaciones no deben verse como una limitación del alcance de la materia protegida por las reivindicaciones, y su única función es hacer que las reivindicaciones sean más fáciles de entender.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un método de fabricación de un producto de celulosa que tiene una forma de producto plana o no plana mediante un aparato de moldeo a presión que comprende un molde de conformación (3), teniendo el molde de conformación (3) una superficie de conformación que define dicha forma de producto, que comprende las etapas de:
disponer una preforma de celulosa (1a) que contiene menos del 45 por ciento en peso de agua en dicho molde de conformación (3), en donde dicho molde de conformación comprende una membrana flexible impermeable a los fluidos (4);
calentar dicha preforma de celulosa (1a) a una temperatura de conformación en el intervalo de 100 °C a 200 °C; y presionar dicha preforma de celulosa (1a) por medio de dicho molde de conformación (3) con una presión de conformación que actúa sobre la preforma de celulosa (1a) a través de dicha superficie de conformación, estando dicha presión de conformación en el intervalo de 1 MPa a 100 MPa, la presión de conformación es una presión isostática,
controlar un fluido para que ejerza una presión isostática sobre dicha preforma de celulosa (1a) a través de dicha membrana impermeable a los fluidos (4), caracterizado por que dicha membrana (4) queda fijada a dicha preforma de celulosa (1a) durante el prensado; y
proporcionar una nueva membrana al molde de conformación (3) después de dicha etapa de prensado.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha preforma de celulosa (1a) contiene menos del 25 por ciento en peso de agua, específicamente menos del 15 por ciento en peso de agua.
3. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha preforma de celulosa (1a) comprende pasta de madera, específicamente al menos el 90 por ciento en peso de pasta de madera.
4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha etapa de calentamiento tiene lugar, al menos en parte, antes de dicha etapa de prensado.
5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el molde de conformación comprende una parte de molde de conformación (2a) y una parte de molde de presión (2b) y al menos una de dicha parte de molde de conformación y dicha parte de molde de presión se calienta antes de dicha etapa de prensado.
6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha preforma de celulosa (1a) comprende dicha membrana (4) en un lado de dicha preforma de celulosa (1a) orientada en sentido contrario a dicho molde de conformación (3).
7. Un aparato de moldeo a presión para fabricar un producto de celulosa que tiene una forma de producto plana o no plana a partir de una preforma de celulosa (1a) que comprende: un molde de conformación (3) que tiene una superficie de conformación que define dicha forma de producto y que comprende una membrana flexible impermeable a los fluidos (4), el aparato de moldeo a presión comprende un dispositivo de control de fluido para controlar que un fluido ejerza una presión isostática sobre dicha preforma de celulosa (1a) a través de dicha membrana impermeable a los fluidos (4), caracterizado por que dicha membrana flexible (4) queda fijada a dicha preforma de celulosa (1a) durante el prensado, dicho aparato comprende además una disposición de alimentación de membrana para alimentar nuevo material de membrana entre operaciones de prensado consecutivas.
8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 8, en donde una parte de molde de presión (2b) que comprende una membrana flexible (4) está dispuesta entre dicho dispositivo de control de fluido y dicha preforma de celulosa (1a).
9. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en donde el molde de conformación (3) comprende una parte de molde de conformación negativa y una parte de molde de presión negativa.
10. El aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-9, en donde el molde de conformación (3) comprende una parte de molde de conformación negativa y una parte de molde de presión positiva.
ES17767070T 2016-03-18 2017-03-16 Método para fabricar un producto de celulosa mediante un aparato de moldeo a presión, aparato de moldeo a presión y producto de celulosa Active ES2863244T3 (es)

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