ES2893435T3 - Cuerpo de material compuesto y método para fabricarlo - Google Patents
Cuerpo de material compuesto y método para fabricarlo Download PDFInfo
- Publication number
- ES2893435T3 ES2893435T3 ES14772166T ES14772166T ES2893435T3 ES 2893435 T3 ES2893435 T3 ES 2893435T3 ES 14772166 T ES14772166 T ES 14772166T ES 14772166 T ES14772166 T ES 14772166T ES 2893435 T3 ES2893435 T3 ES 2893435T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- nfc
- abrasive particles
- mixture
- nanofibrillar cellulose
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 21
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 129
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 78
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 62
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 42
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 30
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 26
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 23
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 13
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 11
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 11
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 11
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 125000003172 aldehyde group Chemical group 0.000 claims description 6
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 3
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001241 acetals Chemical class 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002373 hemiacetals Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims description 3
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 2
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N acetaldehyde Diethyl Acetal Natural products CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011111 cardboard Substances 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N formaldehyde;phenol Chemical compound O=C.OC1=CC=CC=C1 SLGWESQGEUXWJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000011087 paperboard Substances 0.000 claims description 2
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N polynoxylin Chemical compound O=C.NC(N)=O ODGAOXROABLFNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 25
- 239000000047 product Substances 0.000 description 22
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 21
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 15
- 210000001724 microfibril Anatomy 0.000 description 10
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 9
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 9
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 9
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 8
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 7
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 7
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 7
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 7
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 7
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229920002201 Oxidized cellulose Polymers 0.000 description 5
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 5
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 5
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 5
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 5
- 229940107304 oxidized cellulose Drugs 0.000 description 5
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 5
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 5
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 4
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 239000011121 hardwood Substances 0.000 description 3
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 3
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000011122 softwood Substances 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000589220 Acetobacter Species 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 2
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- -1 heterocyclic nitroxyl compound Chemical class 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N methyl-cyclopentane Natural products CC1CCCC1 GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 2
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000283070 Abies balsamea Species 0.000 description 1
- 235000007173 Abies balsamea Nutrition 0.000 description 1
- 241000589212 Acetobacter pasteurianus Species 0.000 description 1
- 244000235858 Acetobacter xylinum Species 0.000 description 1
- 244000198134 Agave sisalana Species 0.000 description 1
- 235000011624 Agave sisalana Nutrition 0.000 description 1
- 241000589158 Agrobacterium Species 0.000 description 1
- 241000588986 Alcaligenes Species 0.000 description 1
- 241000609240 Ambelania acida Species 0.000 description 1
- 241000209134 Arundinaria Species 0.000 description 1
- 235000007319 Avena orientalis Nutrition 0.000 description 1
- 244000075850 Avena orientalis Species 0.000 description 1
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 1
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 1
- 235000018185 Betula X alpestris Nutrition 0.000 description 1
- 235000018212 Betula X uliginosa Nutrition 0.000 description 1
- 241000219495 Betulaceae Species 0.000 description 1
- 240000008564 Boehmeria nivea Species 0.000 description 1
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 description 1
- 235000012766 Cannabis sativa ssp. sativa var. sativa Nutrition 0.000 description 1
- 235000012765 Cannabis sativa ssp. sativa var. spontanea Nutrition 0.000 description 1
- PTHCMJGKKRQCBF-UHFFFAOYSA-N Cellulose, microcrystalline Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 PTHCMJGKKRQCBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000491 Corchorus aestuans Species 0.000 description 1
- 235000011777 Corchorus aestuans Nutrition 0.000 description 1
- 235000010862 Corchorus capsularis Nutrition 0.000 description 1
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 229920001651 Cyanoacrylate Polymers 0.000 description 1
- 235000014466 Douglas bleu Nutrition 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 244000004281 Eucalyptus maculata Species 0.000 description 1
- 244000299507 Gossypium hirsutum Species 0.000 description 1
- 240000000797 Hibiscus cannabinus Species 0.000 description 1
- 240000005979 Hordeum vulgare Species 0.000 description 1
- 235000007340 Hordeum vulgare Nutrition 0.000 description 1
- 241000218652 Larix Species 0.000 description 1
- 235000005590 Larix decidua Nutrition 0.000 description 1
- 240000007472 Leucaena leucocephala Species 0.000 description 1
- 235000010643 Leucaena leucocephala Nutrition 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 240000006240 Linum usitatissimum Species 0.000 description 1
- MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N Methyl cyanoacrylate Chemical compound COC(=O)C(=C)C#N MWCLLHOVUTZFKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000000907 Musa textilis Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 244000082204 Phyllostachys viridis Species 0.000 description 1
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 1
- 241000218657 Picea Species 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000209504 Poaceae Species 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 1
- 241000183024 Populus tremula Species 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 240000001416 Pseudotsuga menziesii Species 0.000 description 1
- 235000005386 Pseudotsuga menziesii var menziesii Nutrition 0.000 description 1
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 description 1
- 241000589180 Rhizobium Species 0.000 description 1
- 244000082988 Secale cereale Species 0.000 description 1
- 235000007238 Secale cereale Nutrition 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 244000098338 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 229920002522 Wood fibre Polymers 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000010905 bagasse Substances 0.000 description 1
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L calcium stearate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000013539 calcium stearate Nutrition 0.000 description 1
- 239000008116 calcium stearate Substances 0.000 description 1
- 235000009120 camo Nutrition 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical group 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 235000005607 chanvre indien Nutrition 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000032050 esterification Effects 0.000 description 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006266 etherification reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 125000002485 formyl group Chemical class [H]C(*)=O 0.000 description 1
- 239000013538 functional additive Substances 0.000 description 1
- 239000011487 hemp Substances 0.000 description 1
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 239000006194 liquid suspension Substances 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 108700005457 microfibrillar Proteins 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- ODUCDPQEXGNKDN-UHFFFAOYSA-N nitroxyl Chemical compound O=N ODUCDPQEXGNKDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011085 pressure filtration Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 125000001453 quaternary ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229940034610 toothpaste Drugs 0.000 description 1
- 239000000606 toothpaste Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 239000002025 wood fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
- B24D3/008—Abrasive bodies without external bonding agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D11/00—Constructional features of flexible abrasive materials; Special features in the manufacture of such materials
- B24D11/001—Manufacture of flexible abrasive materials
- B24D11/005—Making abrasive webs
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
- B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
- B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
- B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
- B32B17/067—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of fibres or filaments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08L1/08—Cellulose derivatives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K8/00—Compositions for drilling of boreholes or wells; Compositions for treating boreholes or wells, e.g. for completion or for remedial operations
- C09K8/02—Well-drilling compositions
- C09K8/04—Aqueous well-drilling compositions
- C09K8/14—Clay-containing compositions
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H11/00—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only
- D21H11/16—Pulp or paper, comprising cellulose or lignocellulose fibres of natural origin only modified by a particular after-treatment
- D21H11/18—Highly hydrated, swollen or fibrillatable fibres
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
- D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D21H19/00—Coated paper; Coating material
- D21H19/36—Coatings with pigments
- D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
- D21H19/52—Cellulose; Derivatives thereof
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
- F16D69/025—Compositions based on an organic binder
- F16D69/026—Compositions based on an organic binder containing fibres
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
- Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Un cuerpo de material compuesto que comprende celulosa nanofibrilar (NFC), preferiblemente de origen vegetal, junto con partículas abrasivas que tienen una dureza superior a 7 en la escala de Mohs, preferiblemente al menos igual o superior a 8, formando dicha celulosa nanofibrilar una red de conexión tridimensional para las partículas abrasivas, en donde la celulosa nanofibrilar es celulosa nanofibrilar derivatizada modificada iónicamente.
Description
DESCRIPCIÓN
Cuerpo de material compuesto y método para fabricarlo
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un cuerpo de material compuesto. La invención también se refiere a un método de fabricación del cuerpo de material compuesto y al uso del cuerpo de material compuesto.
Antecedentes de la invención
En muchos campos del procesamiento de piezas de trabajo, se utilizan herramientas y materiales que comprenden partículas abrasivas que deben ponerse en contacto con las piezas de trabajo a procesar. Estas herramientas y materiales pueden denominarse comúnmente "productos abrasivos". El procesamiento puede ser pulido, esmerilado, corte u otro trabajo mecánico. En estos productos, las partículas abrasivas, que son de suficiente dureza, están fijadas a un soporte, que puede adoptar diversas formas.
Un ejemplo de las herramientas mencionadas es una muela abrasiva. Las muelas abrasivas están hechas convencionalmente de partículas abrasivas naturales o sintéticas fijadas juntas en una matriz por medio de un aglutinante. En la fabricación de una muela abrasiva, los componentes (partículas abrasivas, aglutinante) se mezclan y moldean bajo presión para lograr la forma deseada y una estructura compacta. Después del moldeo, se deja curar el aglutinante, o la muela abrasiva se somete a calentamiento a alta temperatura si el aglutinante es de cerámica.
La rueda de corte es otro ejemplo de una herramienta que contiene partículas abrasivas y que puede utilizarse para procesar piezas de trabajo cortando material. La fabricación de una rueda de corte comprende etapas similares a las mencionadas anteriormente. Algunas herramientas pueden utilizarse tanto como muelas abrasivas como ruedas de corte.
Los materiales abrasivos también incluyen diversos paños abrasivos, redes abrasivas, materiales de fibra tridimensionales abrasivos, papeles abrasivos, filamentos abrasivos, etc., donde el soporte tiene la forma de una estructura o película textil o de papel. Estos materiales son flexibles, y pueden utilizarse especialmente en el pulido y acabado de superficies. En la fabricación de estos materiales, las partículas abrasivas generalmente se fijan al material de soporte con la ayuda de un aglutinante de resina. También pueden utilizarse como aglutinantes metales y materiales no orgánicos fundidos, tales como vidrio.
Diversos aglutinantes orgánicos, como las resinas fenólicas, se utilizan comúnmente para conectar y estabilizar los granos abrasivos en diversos productos de esmerilado, como en ruedas de corte, muelas abrasivas, etc. La resina tiene, sin embargo, una tendencia a llenar también los poros entre los granos, disminuyendo el número de bordes disponibles de los granos abrasivos para trabajar el material. Esto dará como resultado una eficiencia insuficiente, y la superficie que contiene las partículas abrasivas debe presionarse más fuerte contra la pieza de trabajo para lograr el mismo resultado, lo que provocará un exceso de calor por fricción. La estabilidad de temperatura de la fase de resina es a menudo relativamente baja, y el producto puede romperse o degradarse debido a este exceso de calor que surge de la fricción. Se utilizan diferentes tipos de cargas de baja densidad, tales como esferas huecas, para disminuir la densidad en el producto. Sin embargo, la tendencia es que las cargas de baja densidad influyan negativamente en la resistencia del producto final.
Otro problema en la fabricación de productos abrasivos es la distribución heterogénea de los granos abrasivos en la matriz continua. Este problema puede evitarse aumentando la viscosidad de la composición sin endurecer, lo que puede conducir a problemas en la deposición de la mezcla, por ejemplo en el revestimiento por pulverización de telas no tejidas y paños abrasivos. Por tanto, existe la necesidad de un aditivo que pueda estabilizar los granos pesados y al mismo tiempo permita una fácil pulverización o revestimiento de la formulación.
La porosidad también deja espacio para pequeñas virutas de metal, conocidas como limaduras, y abrasivo generado durante el proceso de esmerilado. La porosidad también proporciona vías que transportan los fluidos que se utilizan para controlar el calor y mejorar las características de corte de los granos abrasivos. Sin la porosidad y el espacio adecuados entre los granos abrasivos, la rueda puede cargarse con limaduras y dejar de cortar correctamente.
Por tanto, los problemas asociados con los materiales y herramientas donde se utilizan aglutinantes de resina, tales como las resinas fenólicas utilizadas comúnmente para fijar las partículas abrasivas, es que el aglutinante tiende a llenar los poros entre las partículas abrasivas, lo que reduce el número de bordes abrasivos activos. Si se puede crear una porosidad suficiente, por ejemplo, debida a la estructura del soporte, aún persiste el problema de la distribución uniforme de las partículas, su fijación al soporte y la permanencia de la fijación.
El documento EP 2386683 A1 describe un procedimiento para la producción de materiales compuestos que comprenden geles de celulosa nanofibrilares, proporcionando fibras de celulosa y al menos una carga y/o pigmento, combinando las fibras de celulosa y la al menos una carga y/o pigmento, fibrilando las fibras de celulosa en presencia de la al menos una carga y/o pigmento hasta que se forma un gel, proporcionando posteriormente al menos una carga y/o pigmento adicional y combinando el gel con la al menos una carga y/o pigmento adicional.
La base de datos WPlWeek 201129 Thomson Scientific, Londres, GB; AN 2011-079368- & JP 2011 074529 A (NIPPON SEISHI KK), 14 de abril de 2011, describe un método para fabricar papel, que implica la adición de una carga procesada a pasta de papel, y el papel obtenido por el método. Los componentes preferidos incluyen nanofibras de celulosa y carbonato de calcio como carga.
El documento US 2013/096037 A1 describe un nanocompuesto apuntalante de perlas esféricas que comprende partículas de nanocarga, que pueden comprender nanofibras celulósicas y óxidos metálicos.
El documento US 3929987 A describe silicato de circonio que tiene una dureza de Mohs de 8 en formulaciones de pasta de dientes.
El documento DE 3934897 A1 describe agentes abrasivos que tienen una dureza de Mohs de 6 o superior, preferiblemente 8 o superior.
Compendio de la invención
El objeto es proporcionar un nuevo cuerpo de material compuesto que comprende aglutinante y partículas abrasivas, que no presente los problemas asociados con la técnica anterior. Otro objeto es proporcionar un cuerpo de material compuesto que pueda constituir o ser parte de un producto abrasivo. Otro objeto es todavía proporcionar un cuerpo de material compuesto que pueda utilizarse en aplicaciones donde se requiere una buena fricción.
También es un objeto proporcionar un método para fabricar un cuerpo de material compuesto que asegure una porosidad suficiente, si se requiriera, y en consecuencia asegure un número suficiente de bordes disponibles de las partículas abrasivas, y también una distribución uniforme y una fijación firme de las partículas abrasivas en el cuerpo de material compuesto.
Los objetos se logran utilizando celulosa nanofibrilar (NFC) junto con las partículas abrasivas en el cuerpo de material compuesto. La celulosa nanofibrilar puede sustituir a los aglutinantes orgánicos utilizados normalmente en productos abrasivos, total o parcialmente. En la estructura del cuerpo de material compuesto, la celulosa nanofibrilar forma una red continua de fibrillas interconectadas, que retienen las partículas abrasivas física y/o químicamente enredando las partículas en la red. Al mismo tiempo, la porosidad, en forma de huecos, queda dentro de la red de celulosa nanofibrilar. La red de la celulosa nanofibrilar, al tiempo que fija las partículas en la estructura del material compuesto, también deja las partículas bien separadas y propensas a entrar en contacto con el material a trabajar.
La presente solicitud proporciona un cuerpo de material compuesto que comprende celulosa nanofibrilar (NFC), preferiblemente de origen vegetal, junto con partículas abrasivas que tienen una dureza superior a 7 en la escala de Mohs, preferiblemente al menos igual o superior a 8, formando dicha celulosa nanofibrilar una red de conexión tridimensional para las partículas abrasivas, en donde la celulosa nanofibrilar es celulosa nanofibrilar derivatizada modificada iónicamente.
La presente solicitud también proporciona un método para fabricar un cuerpo de material compuesto que comprende celulosa nanofibrilar (NFC), preferiblemente de origen vegetal, comprendiendo dicho método
- mezclar una dispersión líquida, especialmente una dispersión acuosa de NFC, y partículas abrasivas que tienen una dureza superior a 7 en la escala de Mohs, preferiblemente al menos igual o superior a 8, y
- retirar el líquido, especialmente agua, de la mezcla de NFC y partículas abrasivas, en donde la celulosa nanofibrilar es celulosa nanofibrilar derivatizada modificada iónicamente.
La presente solicitud también proporciona el uso del cuerpo de material compuesto para tratar piezas de trabajo y para superficies de fricción en el frenado.
Al actuar como aglutinante, la celulosa nanofibrilar tiene capacidad de autoorientación tras la retirada del líquido cuando el cuerpo de material compuesto se fabrica a partir de una mezcla de partículas abrasivas y una dispersión líquida de NFC. Las fibrillas de la NFC tienden a autoorientarse en la dirección de la superficie de la partícula. A medida que la mezcla se seca y la estructura del material compuesto en formación se "encoge" debido a la retirada del líquido, las fibrillas de la NFC atraen las partículas unas a otras, lo que a su vez orienta las fibrillas en la dirección del estiramiento, es decir, perpendicularmente a las superficies de las partículas. Durante esta retirada de líquido, la NFC tiene la capacidad de organizar las partículas abrasivas y girarlas en posiciones más favorables para que las partículas se empaqueten en un volumen más pequeño en comparación con el caso en el que se permite que se asienten libremente sin el aglutinante de NFC.
El mismo fenómeno ocurre cuando la mezcla se coloca sobre un sustrato sobre el que se va a formar el cuerpo de material compuesto y las fibrillas de la NFC unen las partículas abrasivas entre sí y al sustrato. La autoorientación de la NFC crea una red muy fuerte de fibrillas orientadas que unen las partículas abrasivas, que pugnan por disponerse de manera óptima, juntas y hacia el posible sustrato (soporte).
Las partículas abrasivas pueden utilizarse en diversos tamaños y grados. Su dureza es, por regla general, superior a la del cuarzo, por encima de 7 como se expresa en la escala de Mohs. Las partículas abrasivas que pueden utilizarse incluyen, por ejemplo, óxido de aluminio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de boro, alúmina de circonia, corindón, diamante y abrasivos cerámicos. Preferiblemente, la dureza es igual o superior a 8.
El aglutinante de resina orgánica puede utilizarse además de la celulosa nanofibrilar en el componente aglutinante del material compuesto para aumentar la resistencia al agua durante el uso del producto abrasivo.
En la fabricación del producto abrasivo, las partículas abrasivas y la celulosa nanofibrilar en una dispersión líquida, generalmente una dispersión acuosa, se mezclan en una proporción predeterminada, y la mezcla se seca mediante un método adecuado, donde el cuerpo de material compuesto alcanza su forma final. La mezcla puede colocarse en un molde o en una prensa, donde gradualmente pierde el líquido y alcanza su forma final. La mezcla también puede extruirse a través de una boquilla o forzarse a través de orificios o boquillas al aire o a un baño adecuado para secar. Esta técnica permite fabricar cuerpos de material compuesto alargados, como hilos o filamentos, que pueden disponerse en estructuras bidimensionales o tridimensionales más grandes o cortarse en piezas más cortas.
La mezcla puede contener otros ingredientes además de la NFC y las partículas abrasivas, como el aglutinante de resina orgánica mencionado anteriormente.
La NFC puede obtenerse en diversos grados modificados químicamente, especialmente cargados iónicamente, que incluyen NFC cargadas aniónicamente, tales como NFC oxidada (de oxidación catalítica por catalizador de nitroxilo heterocíclico) y NFC carboximetilada, y NFC cargada catiónicamente. La constitución química de la NFC puede utilizarse para mejorar la interacción entre las partículas abrasivas y las fibrillas de la NFC mediante enlaces iónicos o covalentes, especialmente eligiendo fibrillas y partículas de cargas superficiales tales que pueda formarse un complejo de carga a partir de ellas, o eligiendo una constitución química tal que pueda formarse un enlace covalente. Aparte de las posibilidades de modificar la unión entre las partículas abrasivas y la NFC, la carga iónica de la NFC también puede utilizarse para mejorar la velocidad de secado de la mezcla de la n Fc y las partículas abrasivas.
La NFC también puede utilizarse para unir partículas abrasivas de dimensiones muy pequeñas. La dispersión de NFC y los microgranos abrasivos con tamaños del orden de solo 1 pm, posiblemente junto con un aglutinante de resina orgánica, pueden mezclarse y moldearse para obtener granos abrasivos más grandes.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirá la invención con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en los que
La figura 1 muestra los principios generales de fabricación del cuerpo de material compuesto,
La figura 2 muestra la estructura de un cuerpo de material compuesto que forma parte de un producto abrasivo, La figura 3 muestra la estructura de un cuerpo de material compuesto con más detalle,
La figura 4 muestra un ejemplo de un cuerpo de material compuesto sobre un soporte poroso,
La figura 5 muestra un cuerpo de material compuesto en forma de grano,
La figura 6 es un ejemplo específico de fabricación de cuerpos de material compuesto,
La figura 7 es una sección transversal de un cuerpo de material compuesto fabricado según la figura 6, y
Las figuras 8-11 son imágenes microscópicas de cuerpos de material compuesto que comprenden partículas abrasivas y que pueden utilizarse como productos abrasivos o partes de los mismos.
Descripción detallada de las realizaciones
En la siguiente descripción, todos los valores porcentuales son en peso, si no se indica lo contrario. Además, todos los intervalos numéricos dados incluyen los valores superior e inferior de los intervalos, si no se indica lo contrario. Componentes del cuerpo de material compuesto
Los componentes principales del cuerpo de material compuesto son partículas abrasivas, celulosa nanofibrilar (NFC) y, opcionalmente, aglutinante orgánico.
Las partículas abrasivas tienen una dureza superior a 7 en la escala de Mohs, que es una escala bien conocida que se utiliza para indicar la dureza de los materiales. Las partículas pueden ser óxido de aluminio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de boro, alúmina de circonia, corindón, diamante o abrasivo cerámico, o cualquier mezcla de estos. Sin embargo, la invención no se limita solo a las partículas mencionadas anteriormente. Los tamaños de partícula de las partículas abrasivas pueden variar según el uso, de 100 nm a 1.000 pm, preferiblemente de 1 pm a 500 pm, expresados como tamaño medio de partícula medio ponderal. Sin embargo, dado que las fibrillas de la NFC tienen pequeñas dimensiones y son capaces de enredar estrechamente incluso partículas pequeñas, la NFC también
permite utilizar tamaños de partícula por debajo de 10 pm, especialmente en estructuras compuestas miniaturizadas, como filamentos, hilos y granos individuales.
Las partículas pueden modificarse física o químicamente, especialmente para alterar sus propiedades superficiales y/o su estructura química superficial, tal como la carga superficial. Esta modificación se realiza especialmente para hacer coincidir las partículas abrasivas con el grado de NFC utilizado. Para este fin, la NFC también puede derivatizarse como se explica a continuación.
El término "celulosa nanofibrilar" (NFC) se refiere a una colección de microfibrillas de celulosa aisladas o haces de microfibrillas derivadas de materia prima de celulosa. Las microfibrillas tienen una relación de aspecto típicamente alta: la longitud puede exceder de un micrómetro, mientras que el diámetro medio numérico está típicamente por debajo de 200 nm. El diámetro de los haces de microfibrillas también puede ser mayor, pero generalmente menor que 1 pm. Las microfibrillas más pequeñas son similares a las llamadas fibrillas elementales, que suelen tener un diámetro de 2-12 nm. Las dimensiones de las fibrillas o haces de fibrillas dependen de la materia prima de celulosa y del método de desintegración. La celulosa nanofibrilar también puede contener algunas hemicelulosas; la cantidad depende de la fuente vegetal. La desintegración mecánica de la materia prima de celulosa se lleva a cabo con equipos adecuados, tales como un refinador, triturador, homogeneizador, coloidizador, triturador de fricción, sonicador de ultrasonidos, fluidizador, tales como como microfluidizador, macrofluidizador u homogeneizador de tipo fluidizador. La materia prima de celulosa más utilizada es materia prima fibrosa obtenida de plantas.
La celulosa nanofibrilar se prepara normalmente a partir de materia prima de celulosa de origen vegetal. La materia prima puede estar basada en cualquier material vegetal que contenga celulosa. La materia prima también puede derivar de ciertos procesos de fermentación bacteriana. El material vegetal puede ser madera. La madera puede ser de árboles de madera blanda tales como pícea, pino, abeto, alerce, abeto de douglas o cicuta, o de árboles de madera dura tales como abedul, álamo temblón, chopo, aliso, eucalipto o acacia, o de una mezcla de maderas blandas y duras. El material no de madera puede provenir de residuos agrícolas, pastos u otras sustancias vegetales tales como paja, hojas, corteza, semillas, cáscaras, flores, verduras o frutos de algodón, maíz, trigo, avena, centeno, cebada, arroz, lino, cáñamo, cáñamo de manila, cáñamo de sisal, yute, ramio, kenaf, bagazo, bambú o caña.
La materia prima de celulosa también podría derivar de microorganismos productores de celulosa. Los microorganismos pueden ser del género Acetobacter, Agrobacterium, Rhizobium, Pseudomonas o Alcaligenes, preferiblemente del género Acetobacter y más preferiblemente de la especie Acetobacter xylinum o Acetobacter pasteurianus. La NFC puede aislarse directamente de ciertos procesos de fermentación de estos microorganismos.
Una alternativa preferida es obtener las microfibrillas de material vegetal no parenquimatoso, donde las fibrillas se obtienen de las paredes de células secundarias. La fuente puede ser material vegetal de madera o no de madera. Por lo tanto, las fibras de madera son una fuente abundante de NFC. La celulosa nanofibrilar puede fabricarse desintegrando materia prima fibrosa derivada de madera o no derivada de madera hasta el nivel de microfibrillas o haces de microfibrillas. La materia prima puede ser, por ejemplo, pulpa química. La pulpa puede ser, por ejemplo, pulpa de madera blanda o pulpa de madera dura, o una mezcla de estas. Las fibrillas que se originan en las paredes de células secundarias son esencialmente cristalinas, con un grado de cristalinidad de al menos 55%.
La celulosa nanofibrilar, independientemente de la fuente de celulosa, también puede ser cualquier derivado modificado química o físicamente de microfibrillas de celulosa o haces de microfibrillas (NFC "derivatizada"). La modificación química podría basarse, por ejemplo, en la reacción de carboximetilación, oxidación, esterificación o eterificación de las moléculas de celulosa. La modificación también podría realizarse mediante adsorción física de sustancias aniónicas o catiónicas o cualquier combinación de estas sobre la superficie de la celulosa. La modificación descrita puede llevarse a cabo antes, después o durante la producción de celulosa microfibrilar, o cualquier combinación de estos procesos. En la NFC derivatizada, cualquier hemicelulosa presente también puede derivatizarse junto con el dominio de celulosa.
La NFC se carga iónicamente, porque la carga iónica de la celulosa debilita los enlaces internos de la materia prima fibrosa y facilita la desintegración a NFC. La carga iónica puede lograrse mediante la modificación química o física de la celulosa. La NFC puede cargarse aniónica o catiónicamente. Los métodos de modificación química más comúnmente utilizados para producir una carga aniónica son la oxidación y la carboximetilación. A su vez, puede crearse químicamente una carga catiónica mediante cationización uniendo un grupo catiónico a la celulosa, tal como un grupo de amonio cuaternario. Por tanto, la celulosa nanofibrilar se fabrica preferiblemente a partir de materia prima fibrosa en la que la celulosa se ha modificado a celulosa cargada iónicamente.
En la oxidación de la celulosa, los grupos hidroxilo primarios de la celulosa son oxidados catalíticamente por un compuesto de nitroxilo heterocíclico, por ejemplo, el radical libre 2,2,6,6-tetrametilpiperidinil-1-oxi, "TEMPO". Estos grupos hidroxilo se oxidan a grupos aldehído y carboxilo. Por tanto, parte de los grupos hidroxilo que se someten a oxidación pueden existir como grupos aldehído en la celulosa oxidada, o la oxidación a grupos carboxilo puede ser completa.
La existencia de grupos aldehído en la NFC es ventajosa en el sentido de que son reactivos y pueden utilizarse para la unión covalente. Las fibrillas de la NFC que contienen grupos aldehído pueden unirse covalentemente de manera
interna a la NFC, a las partículas abrasivas o al posible sustrato. La unión tiene lugar preferiblemente a través de una reacción de formación de acetal o hemiacetal.
Pueden prepararse diversos grados de NFC dependiendo del tipo de modificación, tal como el tipo de carga iónica (aniónica/catiónica) y/o el tipo de agente químico o proceso químico utilizado en la modificación. También pueden prepararse diversos grados alterando el grado de modificación. En el caso de celulosa oxidada, estos grados pueden expresarse como contenido de carboxilato, es decir, como mmol COOH/g NFC (en base a NFC seca), y en el caso de NFC carboximetilada o NFC cationizada, como grado de sustitución. Con los grados aniónicos, en la celulosa oxidada el contenido de carboxilato es preferiblemente de 0,3 a 1,5 mmol/g de NFC, y en la NFC carboximetilada, el grado de sustitución es preferiblemente de 0,05 a 0,3. Con los grados catiónicos, en la NFC cationizada el grado de sustitución es preferiblemente de 0,05 a 0,8.
En el caso de la celulosa oxidada, la NFC también puede contener grupos aldehído como resultado de la oxidación, y estos grupos pueden utilizarse en la formación de enlaces covalentes, donde forman hemiacetales y acetales. Los grupos aldehído en la celulosa oxidada pueden variar entre 0,08 y 0,25 mmol/g de NFC.
La NFC tiene un comportamiento reológico característico. La NFC, incluidos todos los grados derivatizados, no es soluble en agua, pero forma un gel ya a consistencias relativamente bajas (1-2%) cuando se dispersa en un medio acuoso (un hidrogel). Las dispersiones de celulosa nanofibrilares acuosas obtenidas también se caracterizan por un comportamiento típico de adelgazamiento por cizallamiento; es decir, cuando se mide la viscosidad en un reómetro rotacional, el comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento se ve como una disminución de la viscosidad al aumentar la velocidad de cizallamiento. Los hidrogeles de NFC también tienen un comportamiento plástico, es decir, se requiere una cierta tensión de cizallamiento antes de que el material comience a fluir fácilmente. Este esfuerzo de cizallamiento crítico a menudo se denomina límite elástico. La viscosidad de la NFC puede ser caracterizada mejor por la viscosidad de cizallamiento cero, que corresponde a la "meseta" de viscosidad constante a pequeñas tensiones de cizallamiento cercanas a cero. La viscosidad de cizallamiento cero de la NFC medida con un reómetro rotacional de tensión controlada a una concentración de 0,5% (medio acuoso) está típicamente entre 1.000 y 100.000 Pa.s, preferiblemente 5.000 y 50.000 Pa.s. Para NFC no derivatizada, este valor suele estar en el intervalo de 1.000 a 10.000 Pa.s. El límite elástico de la NFC determinado por el mismo método está entre 1 y 50 Pa, preferiblemente en el intervalo de 3 a 15 Pa.
Las características reológicas hacen que la dispersión de NFC en forma de gel sea ideal para el medio portador y dispersante de partículas abrasivas relativamente pesadas (de alta densidad), porque en condiciones estáticas mantiene las partículas bien distribuidas en el medio, pero por otro lado la mezcla puede hacerse fácilmente fluida aplicándole cizallamiento, por ejemplo cuando la mezcla se extiende sobre un sustrato por pulverización o por otros medios. Una vez que cesan las fuerzas de cizallamiento, la mezcla vuelve a ser estable.
Los aglutinantes opcionales son aglutinantes orgánicos, especialmente resinas orgánicas curables. Preferiblemente se utilizan resinas fenólicas, tales como resinas de fenol-formaldehído o urea-formaldehído. Otros aglutinantes adecuados incluyen resinas acrílicas, látex, epoxi, poliimida, PEEK, cianoacrilato, poliuretanos y adhesivos sol-gel.
La superficie del cuerpo de material compuesto puede acabarse mediante los denominados superaprestos. Los superaprestos son aditivos funcionales que aumentan la dureza superficial, las cualidades repelentes y/o antiestáticas, y pueden ser mezclas de dos o más agentes funcionales. Por lo general, el superapresto contiene aglutinante. Los superaprestos pueden contener estearato de calcio, estearato de zinc, fluoroaditivos, silanos y líquido refrigerante de corte.
Principio de fabricación y estructura general del cuerpo de material compuesto.
La figura 1 muestra el principio básico de fabricación del cuerpo de material compuesto. El método de fabricación incluye mezclar las partículas abrasivas AP y la celulosa nanofibrilar NFC en una suspensión líquida, preferiblemente suspensión acuosa, en una etapa 1 de mezcla. También se muestra la adición de un posible aglutinante B. La mezcla resultante comprende NFC y partículas abrasivas en una proporción predeterminada. La cantidad de partículas abrasivas es mayor que la de NFC calculada como sustancia seca. El gel de celulosa nanofibrilar de consistencia relativamente baja dispersa las partículas abrasivas uniformemente, y la dispersión de las partículas abrasivas en el hidrogel de NFC es estable debido a las propiedades reológicas de la NFC, especialmente alta viscosidad de cizallamiento cero y alto límite elástico incluso en dispersiones con bastante dilución. La consistencia de la NFC con la que se mezclan las partículas abrasivas es de 1 a 30%, preferiblemente de 1 a 4% en peso.
A continuación, se inicia la conformación del cuerpo de material compuesto a partir de la mezcla mencionada anteriormente en una etapa 2 de conformación preliminar. La etapa de conformación preliminar puede comprender combinar la mezcla con un sustrato S, que puede ser rígido o flexible. La combinación puede llevarse a cabo mediante un método de revestimiento adecuado. La mezcla también puede colocarse en un molde o en una prensa. En la etapa de conformación preliminar, la dispersión líquida de NFC y partículas abrasivas se pone en contacto con la estructura que determina al menos en parte su forma final.
La etapa 2 de conformación preliminar también puede ser forzar la mezcla a través de orificios o una boquilla o extruirla a través de una boquilla para hacer estructuras alargadas.
Después de la etapa de conformación preliminar, el líquido se retira de la mezcla en una etapa 3 de retirada de líquido. Si la dispersión de partículas abrasivas y NFC es una dispersión acuosa, la etapa de retirada de líquido es deshidratar la mezcla. El líquido se retira mientras la mezcla está sobre el sustrato S o en el molde o prensa. La retirada de líquido puede comprender retirar el líquido primero por medios mecánicos y la retirada final del líquido por evaporación. En la etapa de retirada de líquido, el cuerpo de material compuesto obtendrá su estructura final con respecto a la disposición mutua de la NFC y las partículas abrasivas y las uniones entre ellas.
Después de la etapa de retirada de líquido, el cuerpo de material compuesto puede someterse a una etapa de acabado. Si el cuerpo de material compuesto existe sobre un sustrato S, esta etapa puede incluir cortar esta estructura en capas en piezas de área más pequeña para preparar los productos abrasivos finales. Además, la etapa de acabado puede incluir el ensamblaje de varios cuerpos de material compuesto hasta la estructura final, especialmente en el caso de cuerpos alargados que pueden formarse en estructuras bidimensionales o tridimensionales.
El sustrato S puede ser un sustrato de cara sólida o un sustrato que tenga porosidad, tal como una estructura no tejida o tejida. Además, un sustrato rígido puede tener porosidad. En el caso de sustratos porosos, el aglutinante de NFC no es absorbido por los poros debido a la estabilidad de la mezcla viscosa aplicada sobre el sustrato, y está disponible para unir las partículas abrasivas entre sí y al sustrato en su concentración original.
La figura 2 muestra el cuerpo de material compuesto que está sobre un sustrato como una capa 4 continua de espesor z aproximadamente constante. La representación es esquemática, y muestra la estructura final donde las partículas abrasivas AP y las fibrillas de celulosa nanofibrilar NFC están distribuidas uniformemente por todo el espesor de la capa. La superficie 5 de la capa puede estar cubierta por las fibrillas, pero son eliminadas rápidamente cuando la superficie se pone en contacto con una pieza de trabajo cuando se utiliza el producto abrasivo para materiales de trabajo.
La figura 3 muestra la estructura en el interior del cuerpo de material compuesto con más detalle. Las partículas abrasivas AP están rodeadas por las fibrillas de la celulosa nanofibrilar NFC, que enredan y envuelven las partículas y las unen entre sí como una estructura permanente. La estructura también contiene espacios vacíos, huecos V, entre las partículas AP y las fibrillas. La proporción de huecos V en el volumen del cuerpo de material compuesto está determinada por la forma y el tamaño de las partículas AP y la proporción de partículas a celulosa nanofibrilar en base al peso seco, que puede ser de 1:2 a 1:0.05 (p/p). Dicha relación es superior a 1, preferiblemente al menos 2, si el propósito es preparar una estructura de alta porosidad. Los huecos forman preferiblemente una porosidad interconectada en el cuerpo de material compuesto, es decir, los huecos no son huecos de celda cerrada. El espesor de la capa de fibrillas sobre una partícula abrasiva es considerablemente menor que el tamaño de la partícula abrasiva, que puede expresarse como e.s.d. (diámetro esférico equivalente). Los tamaños de partícula de las partículas abrasivas AP pueden variar en amplios límites como se explicó anteriormente. En la figura 3, el tamaño de la mayoría de las partículas puede estar entre 50 y 150 pm, mientras que el grosor de la capa de NFC sobre las partículas es sólo de 5 a 15 pm.
La porosidad de la estructura provocada por los huecos V aumenta la eficiencia del cuerpo de material compuesto cuando se utiliza en el trabajo de varios materiales, porque el borde de trabajo de la partícula abrasiva AP sobresale mejor hacia el material a trabajar en las operaciones de pulido, esmerilado y corte. Esto aumentará el número de bordes disponibles en la superficie que se colocará contra la pieza de trabajo y aumentará la eficiencia y reducirá el calor generado debido a la fricción. La estructura porosa genera menos fricción, lo que significa que el cuerpo de material compuesto no se calienta excesivamente, lo que podría deteriorar el material. Por otro lado, la NFC es resistente al calor y más elástica a los impactos, a diferencia de los aglutinantes de resina orgánica endurecida que tienden a ser sensibles al calor y quebradizos.
La figura 4 muestra el cuerpo de material compuesto formado como una capa 4 sobre un sustrato poroso S, que en la figura es una tela densamente tejida. Las ventajas de la NFC como aglutinante en capas colocadas sobre sustratos porosos se comentan anteriormente. El sustrato poroso S también puede ser una tela de punto, tela no tejida, papel o cartón, y puede consistir en varias capas. La estructura de la figura 4, como la estructura de la figura 2, puede ser un producto abrasivo. Los sustratos porosos son normalmente flexibles para preparar materiales abrasivos flexibles en forma de bandas, etc. Estos materiales se utilizan especialmente para pulir y limpiar. Por ejemplo, es posible pulverizar la mezcla de NFC y partículas abrasivas sobre una tela no tejida de modo que la mezcla cubra las fibras de la tela no tejida.
El sustrato también puede ser un sustrato en forma de red más abierto, de modo que cuando se aplica la mezcla de NFC y partículas abrasivas sobre él, las aberturas permanecen en el producto terminado y la mezcla cubre solo las hebras individuales alrededor de las aberturas. Sin embargo, si estas hebras pueden ser porosas como tales, se puede decir que la NFC tiene las mismas ventajas que con los sustratos porosos.
El sustrato también puede ser no poroso, tal como el sustrato rígido que se muestra en la figura 2, o un sustrato no poroso pero flexible, que puede ser una película de superficie cerrada, tal como una película de plástico. Puede pensarse que la figura 2 también representa un sustrato S flexible.
El cuerpo de material compuesto también puede ser un cuerpo independiente sin un sustrato que lo soporte. Tales cuerpos pueden utilizarse como productos abrasivos en forma de discos, por ejemplo, como muelas abrasivas y de corte. Un producto abrasivo en forma de disco circular también puede tener el material compuesto sobre un sustrato de material de refuerzo fuerte, tal como fibra de vidrio. El espesor total de estos productos en forma de disco con o sin soporte puede estar entre 0,8 y 5 mm.
El cuerpo de material compuesto puede formar también un producto similar a un disco circular más grueso, tal como una piedra de afilar, cuyos espesores pueden oscilar entre 25 y 55 mm.
La figura 5 muestra un ejemplo especial de un cuerpo de material compuesto independiente, que es un material compuesto de micropartículas MP. Este material compuesto contiene partículas abrasivas AP, llamadas micropartículas, con un tamaño del orden de 1 pm. Varias partículas AP se unen con las fibrillas de NFC (solo se muestran algunas esquemáticamente) de modo que se forma un cuerpo de material compuesto que se aproxima a la forma de un grano abrasivo que tiene bordes de trabajo. También se utiliza preferiblemente un aglutinante de resina sintética en la mezcla a partir de la cual se forma el material compuesto de micropartículas.
El material compuesto de micropartículas MP puede formarse como "gotas" individuales o piezas de la mezcla, moldearse en un molde, extruirse o forzarse a través de orificios o una boquilla y cortarse y luego secarse, o alternativamente, se forma y seca una pieza de material compuesto más grande y posteriormente se tritura en pedazos más pequeños que forman los materiales compuestos de micropartículas MP en forma de grano. Especialmente cuando un objeto alargado se forma extruyendo a través de una boquilla o forzando la mezcla a través de una boquilla o a través de orificios y posteriormente se corta en pequeños trozos, pueden formarse formas angulares de las partículas, que tienen "esquinas", lo cual es importante para la función de un abrasivo. El molde también puede tener depresiones individuales que dan formas angulares a los granos individuales cuando la mezcla se extiende sobre el molde.
Métodos para la retirada de líquido
Las partículas abrasivas y otros posibles ingredientes pueden mezclarse en una dispersión acuosa (hidrogel) de NFC que normalmente tiene una consistencia de 1 -4%. Sin embargo, estos materiales pueden mezclarse para obtener una dispersión "pastosa" más espesa de una consistencia de 10 - 30% utilizando un mezclado eficiente.
La dispersión acuosa de NFC y partículas abrasivas, especialmente cuando se parte de una dispersión relativamente diluida, contiene grandes cantidades de agua, que deben retirarse en la etapa 2 de retirada de líquido de otras maneras distintas a la evaporación, para aumentar la velocidad de producción.
Una posibilidad es utilizar presión colocando la mezcla en una prensa y aplicando presión a través de una superficie de presión para hacer que el agua se drene de la mezcla en el lado opuesto a través de una tela de filtro que es impermeable a fibrillas y partículas abrasivas. La deshidratación se hace más eficiente aplicando una presión reducida en el otro lado (lado del filtrado) de la tela del filtro. La deshidratación puede mejorarse utilizando calor, preferiblemente a través de la superficie de prensado que se calienta. La deshidratación final puede tener lugar por evaporación, posiblemente ayudada por calor, después de que la mezcla se haya retirado de la prensa.
La propia tela de filtro puede utilizarse como sustrato S, sobre el cual el cuerpo de material compuesto se fijará permanentemente después de la deshidratación. En este caso, la mezcla no se desprende de la tela de filtro.
Algunos grados de celulosa de fibrillas nanofibrilares son especialmente difíciles de secar debido a su capacidad de retención de agua, y el secado puede tardar considerablemente más que con, por ejemplo, grados más "nativos" que no están derivatizados. La celulosa fibrilar que contiene grupos cargados aniónicamente es un ejemplo de dispersiones de celulosa nanofibrilar que son particularmente difíciles. Por ejemplo, la NFC donde la celulosa está derivatizada mediante oxidación catalítica mediada por N-oxilo (por ejemplo, mediante N-óxido de 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidina, "TEMPO") o mediante carboximetilación, son ejemplos específicos de celulosa nanofibrilar cargada aniónicamente donde la carga aniónica se debe a un resto de ácido carboxílico disociado. Sin embargo, estos grados de celulosa nanofibrilar cargados aniónicamente son materiales de partida potenciales para la preparación de cuerpos de material compuesto, porque las dispersiones de celulosa nanofibrilar de alta calidad son fáciles de fabricar a partir de una suspensión de material fibroso (pulpa) donde la celulosa se derivatiza para que contenga grupos cargados aniónicamente. Los grados de celulosa nanofibrilar cargados aniónicamente pueden pretratarse reduciendo el pH de la dispersión mediante la adición de ácido. Este pretratamiento reduce la capacidad de retención de agua. Por ejemplo, reduciendo el pH de la dispersión de fibrillas de celulosa por debajo de 3, el tiempo de deshidratación puede reducirse considerablemente. El pH de la mezcla de NFC derivatizada y partículas abrasivas puede reducirse, después de lo cual la deshidratación puede tener lugar mediante prensado como se describió anteriormente. La deshidratación también puede tener lugar de otras formas después de que se haya reducido el pH.
La figura 6 muestra todavía un método que puede utilizarse para deshidratar después de la etapa 1 de mezcla en la que se forma un hidrogel de NFC que contiene partículas abrasivas. El agua puede extraerse del hidrogel de NFC utilizando un líquido miscible con el agua, por ejemplo etanol como agente de extracción, mediante un método práctico que reduce el tiempo de secado y permite fabricar una variedad de cuerpos de material compuesto y productos abrasivos a partir del hidrogel de NFC.
El hidrogel de NFC, que puede obtenerse directamente de la etapa 1 de mezcla, se introduce en un líquido 8 miscible con el agua (agente de extracción orgánico) de modo que exista dentro del agente de extracción como entidades físicas discretas. Si se va a fabricar un cuerpo alargado en forma de hilo o filamento a partir del hidrogel de NFC, el hidrogel se introduce en el agente de extracción inicialmente como objetos alargados continuos, ya sea como un objeto alargado individual o dos o más objetos en paralelo. En la figura 6, la mezcla de partículas abrasivas AP y NFC es suministrada por una bomba P a través de un canal 6 a un baño que contiene un volumen del líquido 8 miscible con el agua. La mezcla ingresa en el líquido miscible con el agua a través de una boquilla 7 que tiene varios orificios, que conforman la mezcla en varios filamentos F alargados. Después del secado, todos estos filamentos F contendrán las partículas abrasivas AP y las fibrillas de NFC uniéndolas entre sí, como se muestra esquemáticamente en la figura 7 como sección transversal de un filamento F individual. Las partículas abrasivas AP pueden ser micropartículas similares a las de la figura 5, lo que permite distribuir las partículas abrasivas uniformemente también en filamentos delgados, con un diámetro entre 20 - 500 pm, preferiblemente 100 - 300 pm, pero las dimensiones de los filamentos y partículas abrasivas pueden ser más grandes.
Alternativamente, el hidrogel puede introducirse en el agente de extracción orgánico miscible con el agua como un objeto bidimensional continuo y más ancho para fabricar un cuerpo de material compuesto en forma de película, que tiene preferiblemente un espesor constante. También es posible introducir el hidrogel existente con un alto contenido de agua sobre un sustrato S como en la figura 2 o 4 en el volumen de agente de extracción orgánico.
La forma del cuerpo de material compuesto depende de la forma de suministrar el hidrogel de NFC al agente de extracción. El hidrogel puede suministrarse como una capa 4 que está sobre un sustrato S como se explicó anteriormente, o puede suministrarse a través de uno o varios orificios, que determinan la forma de la sección transversal del cuerpo de material compuesto alargado. El hidrogel también puede suministrarse en entidades físicas discretas que forman partículas separadas en el agente de extracción orgánico, tal como en forma de gotitas a través de una boquilla. El hidrogel se introduce en el agente de extracción orgánico con cuidado para que permanezca coherente y no se disperse, es decir, se retiene un límite de fase del gel contra el volumen del agente de extracción durante todo el tiempo después del contacto del hidrogel con el agente de extracción. Esta técnica puede utilizarse, por ejemplo, para formar los materiales compuestos de micropartículas MP en forma de grano que se muestran en la figura 5.
Independientemente de la forma de introducir el hidrogel de NFC en el agente de extracción orgánico, el agua en el hidrogel de NFC puede cambiarse total o parcialmente a, por ejemplo, el agente de extracción orgánico, tal como etanol. En la segunda etapa del procedimiento, el agente de extracción se retira, por ejemplo, al vacío y/o temperatura elevada (la temperatura elevada, si se utiliza, es una temperatura superior a 25 °C), y se obtiene un cuerpo de material compuesto esencialmente seco. El secado puede tener lugar también mediante filtración a presión, dependiendo la elección de las dimensiones externas del cuerpo de material compuesto.
Cuando el agua se intercambia total o parcialmente con el agente de extracción en el volumen del agente de extracción, las entidades físicas mantienen sus formas originales donde el hidrogel se suministró inicialmente al volumen del agente de extracción o las formas que adoptaron después de la reducción mecánica a un tamaño más pequeño en el volumen de extracción, pero las dimensiones pueden cambiar por contracción. Durante este proceso de intercambio de agentes de extracción, las fibrillas de la NFC contenidas en el gel se estabilizan hasta una estructura coherente, donde, sin embargo, existe una cierta porosidad. Debido a esta porosidad, la evaporación del agente de extracción o su retirada de otra manera es fácil después de que las entidades físicas se separan del volumen del agente de extracción. Esta porosidad también permite la penetración de otros componentes del agente de extracción. También pueden introducirse otros constituyentes después del secado utilizando la porosidad residual de las entidades físicas.
El agente de extracción orgánico para intercambiar con el agua del hidrogel es cualquier líquido que sea miscible con el agua y preferiblemente tenga una polaridad moderada. Los agentes de extracción adecuados son líquidos orgánicos, preferiblemente alcoholes miscibles con el agua, que incluyen, pero no se limitan a, metanol, etanol e isopropanol, así como dioxano y THF. También es posible utilizar dos volúmenes de agente de extracción sucesivamente para la deshidratación por intercambio. El intercambio del agua con el agente de extracción conduce a un refuerzo de los enlaces de hidrógeno entre las fibrillas de NFC y a la estabilización mecánica de los cuerpos de material compuesto que se forman, independientemente de la forma que adopten en el agente de extracción.
El agente de extracción preferido es el etanol, que tiene baja toxicidad, bajo calor de evaporación (904 kJ/kg frente a 2256 kJ/kg para el agua) y reacción de mezcla exotérmica con el agua (-777 J/mol a 25 °C), lo que reduce la demanda de energía.
Otra forma más de retirar el líquido es forzar la mezcla de NFC y partículas abrasivas en el aire forzando la mezcla a través de una boquilla o por extrusión. El aire se calienta preferiblemente para aumentar la velocidad de retirada de líquido por evaporación. La extrusión también puede utilizarse para retirar líquido al mismo tiempo mediante evaporación de la mezcla extruida que sale de la boquilla y mecánicamente mediante presión de extrusión, que tiende a impulsar el líquido hacia atrás a lo largo del tornillo de extrusión. Esta técnica también puede utilizarse cuando la mezcla se extruye a través de una boquilla en el agente de extrusión orgánico.
Según un ejemplo, el agua se retira de la mezcla en condiciones no disolventes y no ácidas, es decir, la deshidratación se realiza mecánicamente y/o por evaporación sin el uso de disolvente orgánico y en pH neutro o ligeramente básico. Esto maximizará el potencial de agregación de las fibrillas de la NFC al secarse.
Según un ejemplo, la retirada del agua se realiza totalmente por evaporación, especialmente en el caso de cuerpos delgados independientes o capas delgadas rociadas sobre un sustrato.
Se ha observado que se logra una estructura más duradera y resistente, cuando se permite que el cuerpo de material compuesto se contraiga libremente (en estado no restringido) en la etapa final de retirada de líquido, cuando el cuerpo pasa de un cuerpo blando a uno duro.
La invención se describe anteriormente principalmente con referencia a cuerpos de material compuesto que se van a utilizar como productos abrasivos o partes de productos abrasivos. La invención también es aplicable a campos donde se requiere una superficie resistente, especialmente una superficie resistente al calor, con buenas propiedades de fricción. Por tanto, el cuerpo de material compuesto puede utilizarse, por ejemplo, en frenos para provocar fricción de frenado, tales como superficies de fricción en frenos de disco.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos ilustran el método adicionalmente. Todas las cantidades se expresan como sustancia seca. Las partículas abrasivas (granos) utilizadas fueron óxido de aluminio.
Ejemplo 1
30 g de resina fenólica
125 g de granos
0,5 g de NFC
Rociados como suspensión sobre material no tejido
Las imágenes de SEM (figuras 8a, 8b) muestran la estructura del cuerpo de material compuesto seco. Las imágenes muestran las partículas abrasivas unidas entre sí y adheridas a la fibra por la red de NFC.
Ejemplo 2
30 g de resina fenólica
75 g de granos
0,58 g de NFC
Rociados como suspensión sobre material de tela
Las imágenes de SEM (figuras 9a, 9b, 9c, 9d) muestran la estructura del cuerpo de material compuesto seco. Las figuras 9b, 9c, 9d muestran la NFC y las partículas abrasivas en la fibra con diferentes aumentos.
Ejemplo 3
10 g de granos
4,6 g de NFC
Moldeados y secados
Las imágenes de SEM (figuras 10a, 10b, 10c, 10d) muestran la estructura del cuerpo de material compuesto seco. La figura 10a ilustra particularmente bien cómo la red formada por fibrillas de NFC rodea las partículas abrasivas y las une entre sí. La figura 10d está hecha con detector CENT, que muestra las partículas abrasivas como cuerpos más blancos.
Ejemplo 4 ("Pared de ladrillos")
7 g de granos de SiC 2,5 g de NFC (seco sobre seco)
Las imágenes de SEM (figuras 11a, 11b) muestran especialmente bien una estructura similar a un enladrillado. En las imágenes puede verse cómo las partículas abrasivas en forma de cubo de carburo de silicio están ensambladas en una estructura compacta por el efecto de la NFC, que une las partículas entre sí. Cuando la mezcla se seca, el volumen ocupado por las partículas se minimiza. Este tipo de estructura puede utilizarse en aplicaciones donde no se requiere porosidad, como en granos abrasivos individuales utilizando el principio que se muestra en la figura 5. La estructura
puede utilizarse también en aplicaciones no abrasivas, especialmente cuando se requiere una superficie duradera, tal como la superficie de fricción en un freno.
Claims (23)
1. Un cuerpo de material compuesto que comprende celulosa nanofibrilar (NFC), preferiblemente de origen vegetal, junto con partículas abrasivas que tienen una dureza superior a 7 en la escala de Mohs, preferiblemente al menos igual o superior a 8, formando dicha celulosa nanofibrilar una red de conexión tridimensional para las partículas abrasivas, en donde la celulosa nanofibrilar es celulosa nanofibrilar derivatizada modificada iónicamente.
2. El cuerpo de material compuesto según la reivindicación 1, en el que las partículas abrasivas se seleccionan de óxido de aluminio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro de boro, alúmina de circonia, corindón, diamante y abrasivos cerámicos.
3. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el tamaño medio de partícula medio ponderal de las partículas abrasivas es 100 nm - 1.000 gm, preferiblemente 1 gm - 500 gm.
4. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el cuerpo de material compuesto tiene huecos en la estructura formada por la red de conexión de celulosa nanofibrilar y las partículas abrasivas, preferiblemente en donde los huecos del cuerpo de material compuesto forman porosidad interconectada.
5. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que las partículas abrasivas están al menos parcialmente rodeadas por la n Fc , preferiblemente en el que las partículas abrasivas están cubiertas por la NFC también en la superficie exterior del cuerpo de material compuesto.
6. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura formada por la red de conexión de celulosa nanofibrilar y las partículas abrasivas está en forma de revestimiento sobre un sustrato.
7. El cuerpo de material compuesto según la reivindicación 6, en el que el sustrato es un cuerpo rígido.
8. El cuerpo de material compuesto según la reivindicación 6, en el que el sustrato es un cuerpo flexible en forma de hoja, preferiblemente en el que el sustrato tiene porosidad, tal como un sustrato textil, por ejemplo una tela tejida, de punto o no tejida, o papel o cartón.
9. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la estructura formada por la red de conexión de celulosa nanofibrilar y las partículas abrasivas es una estructura independiente, tal como en forma de granos, hilos, filamentos o estructura textil hecha de dichos hilos o filamentos, un producto en forma de hoja o un cuerpo rígido, tal como un disco.
10. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo comprende también resina aglutinante, tal como resina de formaldehído (urea formaldehído, fenol formaldehído) en la estructura formada por la red de conexión de celulosa nanofibrilar y las partículas abrasivas.
11. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la celulosa nanofibrilar modificada iónicamente es celulosa modificada aniónica o catiónicamente, preferiblemente en el que la NFC derivatizada forma un enlace iónico o un enlace covalente con las partículas abrasivas y/o con el posible sustrato.
12. El cuerpo de material compuesto según la reivindicación 11, en el que la NFC es NFC derivatizada que contiene grupos aldehído, que están unidos covalentemente de manera interna a la NFC, a las partículas abrasivas o al posible sustrato, preferiblemente mediante reacción de acetal o hemiacetal.
13. El cuerpo de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la relación de partículas abrasivas a NFC, como materia seca, está entre 1:2 y 1:0,05 (p/p).
14. Un método para fabricar un cuerpo de material compuesto que comprende celulosa nanofibrilar (NFC), preferiblemente de origen vegetal, comprendiendo dicho método
- mezclar una dispersión líquida, especialmente una dispersión acuosa de NFC, y partículas abrasivas que tengan una dureza superior a 7 en la escala de Mohs, preferiblemente al menos igual o superior a 8, y
- retirar el líquido, especialmente agua, de la mezcla de NFC y partículas abrasivas, en donde la celulosa nanofibrilar es celulosa nanofibrilar derivatizada modificada iónicamente.
15. El método de la reivindicación 14, en el que la retirada de líquido de la mezcla de NFC y partículas abrasivas se lleva a cabo al menos parcialmente mediante prensado, preferiblemente en el que la retirada de líquido de la mezcla de NFC y partículas abrasivas se realiza mediante prensado, después de lo cual el resto del líquido se retira por evaporación mientras se deja que la mezcla se contraiga libremente.
16. El método de la reivindicación 15, en el que la retirada de agua de la mezcla de NFC y partículas abrasivas se mejora reduciendo el pH de la mezcla.
17. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 ó 15, en el que la retirada de agua de la mezcla de NFC y partículas abrasivas se mejora cambiando el agua por un disolvente orgánico soluble en agua, tal como etanol.
18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en el que más del 50% del líquido se retira por una vía distinta a la evaporación, y el resto del líquido se retira por evaporación.
19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, en el que la mezcla de NFC y partículas abrasivas se pulveriza sobre un sustrato, preferiblemente donde el líquido se retira por evaporación.
20. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, en el que la mezcla de NFC y partículas abrasivas se fuerza a través de un orificio, tobera o boquilla de extrusor hasta un objeto alargado, y el líquido se retira del objeto alargado.
21. El método de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, en el que se prepara un disco circular que tiene un espesor total de 0,8 - 5 mm a partir de la mezcla sola o la mezcla y el sustrato.
22. Uso del cuerpo de material compuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 para tratar piezas de trabajo, preferiblemente en el que el tratamiento es esmerilado, pulido o corte, tal como cortar vidrio o metal.
23. Uso de un cuerpo de material compuesto de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 para superficies de fricción en el frenado.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20135896A FI126837B (en) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Composite body and method for making it |
| PCT/FI2014/050680 WO2015033025A1 (en) | 2013-09-05 | 2014-09-05 | Composite body and method of manufacturing it |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2893435T3 true ES2893435T3 (es) | 2022-02-09 |
Family
ID=51610131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES14772166T Active ES2893435T3 (es) | 2013-09-05 | 2014-09-05 | Cuerpo de material compuesto y método para fabricarlo |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9963625B2 (es) |
| EP (1) | EP3041911B1 (es) |
| JP (1) | JP6511449B2 (es) |
| CN (1) | CN105531345B (es) |
| ES (1) | ES2893435T3 (es) |
| FI (1) | FI126837B (es) |
| WO (1) | WO2015033025A1 (es) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI125942B (en) * | 2013-07-26 | 2016-04-15 | Upm Kymmene Corp | A method of modifying a nanofibril cellulose composition |
| CN105065522A (zh) * | 2015-07-09 | 2015-11-18 | 辽宁九通摩擦材料有限公司 | 含松塔粉的汽车用制动器衬片及制备方法 |
| JP7083989B2 (ja) * | 2016-08-09 | 2022-06-14 | ▲高▼藏工業株式会社 | 砥粒、砥石および砥粒の製造方法 |
| CN106349949A (zh) * | 2016-08-27 | 2017-01-25 | 宁波市鄞州伴佰精密机械有限公司 | 一种用于不锈钢零件的抛光液的制备方法 |
| JP2018058130A (ja) * | 2016-10-03 | 2018-04-12 | Ｔｏｗａ株式会社 | 円板状の回転刃、切削装置、及び、円板状の回転刃の製造方法 |
| WO2018083268A1 (en) * | 2016-11-04 | 2018-05-11 | Jozef Stefan Institute | Electro-conductive reinforced engineering ceramics and preparation thereof |
| US20190382579A1 (en) * | 2016-12-20 | 2019-12-19 | 3M Innovative Properties Company | Mixture of Boron Nitride Particles and Cellulose Nanocrystals and Resin Composition Containing the Mixture |
| US11059997B2 (en) | 2017-01-16 | 2021-07-13 | Jgc Catalysts And Chemicals Ltd. | Polishing composition |
| JP6901865B2 (ja) * | 2017-02-13 | 2021-07-14 | 曙ブレーキ工業株式会社 | 摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物、摩擦材及び摩擦材用の熱硬化性樹脂組成物の製造方法 |
| CN109487625A (zh) * | 2017-09-13 | 2019-03-19 | 东北林业大学 | 一种醛交联纳米纤维素纸的制备方法 |
| JP2019181613A (ja) * | 2018-04-06 | 2019-10-24 | 株式会社ノリタケカンパニーリミテド | 粗組織均質構造のビトリファイド砥石 |
| JP6744611B2 (ja) * | 2018-05-25 | 2020-08-19 | 熊本県 | 研磨液 |
| CN109015420A (zh) * | 2018-09-10 | 2018-12-18 | 扬中市飞宇磨具有限公司 | 一种工量具加工磨砂轮 |
| US20220080554A1 (en) * | 2019-02-11 | 2022-03-17 | 3M Innovative Properties Company | Abrasive articles and methods of making and using the same |
| US20210341026A1 (en) * | 2020-04-29 | 2021-11-04 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Method for forming a double layer wet friction material with cellulose layer |
| CN114402031B (zh) * | 2020-05-29 | 2023-09-19 | 株式会社Lg化学 | 聚合物复合物 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB638668A (en) | 1942-10-07 | 1950-06-14 | Carborundum Co | Improvements in or relating to abrasive paper or like abrasive sheet and the method of making the same |
| US3929987A (en) * | 1972-07-03 | 1975-12-30 | Colgate Palmolive Co | Toothpaste |
| US4279696A (en) * | 1980-06-20 | 1981-07-21 | Armstrong World Industries, Inc. | Process for forming friction materials |
| JPS57173465A (en) * | 1981-04-15 | 1982-10-25 | Nittetsu Mining Co Ltd | Grinding sheet |
| JP2900169B2 (ja) * | 1988-10-19 | 1999-06-02 | 富士写真フイルム株式会社 | 磁気記録媒体 |
| JP2820328B2 (ja) | 1991-02-08 | 1998-11-05 | 株式会社サンツール | 高速仕上用研磨剤 |
| PL314488A1 (en) * | 1993-05-12 | 1996-09-16 | Minnesota Mining & Mfg | Surface machining products and method of making them |
| US5578095A (en) * | 1994-11-21 | 1996-11-26 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Coated abrasive article |
| JP3639847B2 (ja) * | 1996-05-10 | 2005-04-20 | 独立行政法人理化学研究所 | 摩擦材 |
| FR2768620B1 (fr) | 1997-09-22 | 2000-05-05 | Rhodia Chimie Sa | Formulation buccodentaire comprenant des nanofibrilles de cellulose essentiellement amorphes |
| US7485720B2 (en) | 2001-11-08 | 2009-02-03 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Cellulose-type material |
| JP2004270064A (ja) * | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Asahi Kasei Corp | 構造体 |
| MX2007007914A (es) * | 2004-12-30 | 2007-08-14 | Sun Drilling Products Corp | Particulas nanocompuestas termoendurecibles, procesamiento para su produccion, y su uso en aplicaciones de perforacion de petroleo y gas natural. |
| US8834917B2 (en) * | 2007-11-13 | 2014-09-16 | Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research | Nanoparticle composition and process thereof |
| JP5250796B2 (ja) | 2008-03-06 | 2013-07-31 | 株式会社不二製作所 | ゲル状研磨材の製造方法及びゲル状研磨材 |
| JP2010229586A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 複合体組成物 |
| WO2010074341A1 (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-01 | 花王株式会社 | セルロース繊維の懸濁液とその製造方法及び膜状成形体とその製造方法 |
| JP2010202987A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-16 | Asahi Kasei Corp | 複合シート材料及びその製法 |
| JP5416531B2 (ja) * | 2009-09-30 | 2014-02-12 | 日本製紙株式会社 | 填料の前処理方法および前処理された填料を含有する紙 |
| EP2386683B1 (en) * | 2010-04-27 | 2014-03-19 | Omya International AG | Process for the production of gel-based composite materials |
| FI127301B (fi) | 2011-02-10 | 2018-03-15 | Upm Kymmene Corp | Menetelmä nanoselluloosan käsittelemiseksi ja menetelmällä saatu tuote |
| FI20110232L (fi) | 2011-07-05 | 2013-01-11 | Hafmex Oy | Lämmitettävä tuulivoimalan roottori |
-
2013
- 2013-09-05 FI FI20135896A patent/FI126837B/en active IP Right Grant
-
2014
- 2014-09-05 US US14/916,236 patent/US9963625B2/en active Active
- 2014-09-05 WO PCT/FI2014/050680 patent/WO2015033025A1/en active Application Filing
- 2014-09-05 ES ES14772166T patent/ES2893435T3/es active Active
- 2014-09-05 CN CN201480049048.XA patent/CN105531345B/zh active Active
- 2014-09-05 EP EP14772166.6A patent/EP3041911B1/en active Active
- 2014-09-05 JP JP2016539604A patent/JP6511449B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI126837B (en) | 2017-06-15 |
| US20160208153A1 (en) | 2016-07-21 |
| EP3041911B1 (en) | 2021-08-25 |
| CN105531345B (zh) | 2018-10-02 |
| US9963625B2 (en) | 2018-05-08 |
| EP3041911A1 (en) | 2016-07-13 |
| JP2016536428A (ja) | 2016-11-24 |
| CN105531345A (zh) | 2016-04-27 |
| WO2015033025A1 (en) | 2015-03-12 |
| JP6511449B2 (ja) | 2019-05-15 |
| FI20135896A (fi) | 2015-03-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2893435T3 (es) | Cuerpo de material compuesto y método para fabricarlo | |
| KR102312070B1 (ko) | 건조 혼합된 재분산성 셀룰로스 필라멘트/캐리어 제품 및 이의 제조 방법 | |
| CN107847834B (zh) | 空气过滤器用过滤材料的制造方法 | |
| RU2466873C2 (ru) | Высокоэффективная одноразовая целлюлозная салфетка | |
| CA2869609C (en) | Method for preparing a membrane from fibril cellulose and fibril cellulose membrane | |
| RU2560349C2 (ru) | Способ изготовления покрытых подложек | |
| CN104114479B (zh) | 多孔介质及其制造方法 | |
| CN108026697A (zh) | 致密的膜的表面施胶 | |
| JP2018154699A5 (es) | ||
| CN108026696A (zh) | 制造包含微原纤化纤维素和两性聚合物的膜的方法 | |
| JP2012007247A (ja) | 微細繊維状セルロースと無機化合物ナノ粒子のコンポジットシート | |
| FI3919678T3 (fi) | Menetelmä luonnonkuituja ja synteettisiä kuituja sisältävän kuituradan valmistamiseksi | |
| KR20190126308A (ko) | 셀룰로오스 나노파이버 필름의 제조 방법 | |
| JP6637259B2 (ja) | 農業用シート | |
| CN107408379A (zh) | 表皮材料片和其制造方法以及吸音材料 | |
| JPH01501804A (ja) | 不織繊維製品 | |
| JP2002085918A (ja) | 液体濾過用フィルター濾材及びその製造方法 | |
| CN114641597A (zh) | 交联的mfc | |
| RU2594014C1 (ru) | Способ получения связующего на основе фенолформальдегидной смолы резольного типа для слоистого материала, связующее и слоистый материал на основе связующего и армирующей волокнистой основы | |
| CN109415152A (zh) | 适合用于包装的乙烯清除材料及其制造方法 | |
| WO2023095421A1 (ja) | セルロース粒子及びセルロース粒子分散液 | |
| Durmaz et al. | Characterisation of surfaces coated with different nanocellulose-based suspensions | |
| JP2016216879A (ja) | 塗工基材の製造方法 | |
| CN105951527B (zh) | 一种内燃机滤清器用滤纸及其制备方法 | |
| KR102597758B1 (ko) | 셀룰로오스 유도체를 이용한 고흡수성 소재 제조방법 |