PAPEL CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo técnico del reciclado de materiales, especificamente del reciclado de papel; ya que aporta un proceso para obtener láminas de material compuesto reforzadas con fibras a partir de papel.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El reciclaje es un proceso cuyo objetivo es convertir desechos en nuevos productos o en materia para su posterior utilización.

Gracias al reciclaje se previene el desuso de materiales potencialmente útiles, se reduce el consumo de nueva materia prima, además de reducir el uso de energia, la contaminación del aire (a través de la incineración) y del agua (a través de los vertederos) , asi como también disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con la producción de plásticos.

Los materiales reciclables son muchos, e incluyen todo el papel y cartón, el vidrio, los metales ferrosos y no ferrosos, algunos plásticos, telas y textiles, maderas y componentes electrónicos. En otros casos no es posible llevar a cabo un reciclaje debido a la dificultad técnica o alto coste del proceso, de modo que suele reutilizarse el material o los productos para producir otros materiales y se destinan a otras finalidades, como el aprovechamiento energético. La creciente demanda que tienen los seres humanos sobre sus satisfactores, muchos de los cuales al final se convierten en residuos sólidos urbanos RSU, se tiene un mayor consumo de los recursos naturales y, en consecuencia, una afectación a los mismos; por el otro, al hacer la disposición final de los RSU, y debido al gran volumen generado, se hace una afectación al medio ambiente. Esto puede implicar, entre otras situaciones, graves problemas en materia de salud pública, utilización de espacios y recursos, además de mayor contaminación ambiental, por mencionar algunas.

Son numerosos los ejemplos en los cuales, por una falta de cuidado en alguno de los múltiples procesos del sistema de los RSU, se tienen consecuencias de gran impacto en el medio ambiente. En el Informe de la situación ambiental del medio ambiente en México —Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) , 2012- se señala que existen profundas relaciones entre la generación indiscriminada y mal manejo de los RSU y el cambio climático, el adelgazamiento de la capa de ozono, la creciente contaminación de suelos y cuerpos de agua, asi como la proliferación de fauna nociva y la transmisión de enfermedades .

Existe una necesidad de resolver el problema de generación de RSU, de manera que se puedan controlar y aprovechar, es por esta razón que el reciclaje de materiales surge. Un tipo de reciclaje que destaca, es el reciclaje del papel, que es una de las formas de reciclar más beneficiosas para el medio ambiente, en gran parte por el costo medioambiental que tiene obtenerlo. El recicladó de papel, tiene por norma general producir de nuevo papel, llamado papel recicladó; para obtenerlo, se consigue bien por papel molido, que es el que se obtiene de trozos y recortes de papel provenientes de manufacturas de papel, de papel pre-consumo o bien de papel postconsumo, que se obtiene principalmente de revistas, periódicos y todo tipo de documentos que solemos tirar.

El proceso de reciclaje del papel, pasa por varias fases.

1. Pastificación del papel, que consiste en añadir disolventes quimicos para que las fibras del papel se separen.

2. Cribado de todo aquel material que no es papel.

3. Centrifugado de todo el material, para que estos se separen por su densidad, para su posterior paso, que es la flotación, donde se elimina la tinta con burbujas de aire.

4. Lavado de la pasta de papel, para eliminar las pequeñas partículas que pudieran quedar, para finalmente blanquear el papel con peróxido de hidrógeno o hidrosulfito de sodio.

Es importante destacar que el papel recicladó tiene una peor calidad, ya que las fibras de las que se compone, se rompen en este proceso. En la actualidad, la práctica totalidad de los papeles se pueden reciclar, a menos que tengan tratamientos como los acabados brillos, plastificados o encerados. Otros papeles como el de envolver regalos tampoco es apto, por su baja calidad, lo que no permitirla obtener nuevo papel. Es por eso que surge la necesidad de reciclar produciendo productos que tengan usos más atractivos para el mercado.

En el sitio de internet con la dirección papeles-artesanales-como_190621/", describe un proceso para hacer papel de hojas de piña, y nos dice que las hojas de piña son duras y fibrosas, y hacen un papel artesanal fuerte. Esta técnica toma un poco de tiempo, pero una cocina casera ofrece el entorno adecuado para el proyecto. Saber cómo hacer papel con hojas de piña te da la posibilidad de utilizar la mayoría de las partes de la piña que traes a casa de una tienda de comestibles.

Los ingredientes necesarios para elaborar dicho papel son:

· 1 libra (454 g) de hojas de piña

• 1 libra (454 g) de papel triturado

• 1 olla sopera de 8 cuartos (7,5 1)

• Aceite en aerosol antiadherente para cocinar

• Prensa para puré

* 2 pantallas enmarcadas

Y el proceso a seguir es el siguiente:

i. Añade las hojas de piña y el papel picado a la olla.

Vierte en 3 galones (11 1) de agua,

ii. Cubre la olla y cocina a fuego lento durante dos horas. Durante este tiempo, las hojas y el papel se conviertan en una pasta lodosa parecida a una mezcla, iii. Coloca una de las pantallas de malla horizontalmente a través de tu fregadero para que se cierna sobre el desagüe. Puedes obtenerlas en las tiendas de artesanía en las secciones de manualidades. Rocía una capa de aerosol antiadherente sobre la superficie de la pantalla. Esto agrega una textura antiadherente para retirar el papel cuando esté listo,

iv. Vierte la mezcla lodosa y fibrosa sobre el centro de la pantalla. La humedad se escurrirá por debajo en el fregadero. Utiliza una prensa de puré para difundir la mezcla de manera uniforme sobre la pantalla en forma de lámina y presiona firmemente para expulsar más agua. v. Cubre la pantalla cubierta con la mezcla con la segunda pantalla. Déjalas fuera para secar durante dos a tres días. Si vives en un ambiente húmedo, dale una o dos semanas. Retira la pantalla superior y cuidadosamente pela el papel hecho en casa.

Como se puede observar en el proceso descrito anteriormente, la piña y el papel pasan por un proceso de cocción al mismo tiempo en una proporción de .50 de piña por parte de papel, lo que impide que primero se suavice la fibra en este cao de la piña, para aprovechar al máximo dicha fibra, de esta manera el papel que se obtiene como resultado de dicho proceso, es rígido y no puede ser manipulado fácilmente para poder fabricar diversos artículos.

Se realizó una búsqueda en el estado de la técnica sobre procesos para obtener láminas de material compuesto reforzadas con fibras a partir de papel y se encontró con la solicitud de patente CN104005279 (A) con el título "Papel de filtro de aire que tiene gran dureza y función antibiosis y método para la elaboración", dicha solicitud de patente se refiere al campo de filtros de automóvil, en particular a un filtro de aire con dureza y una función antibacteriana, así como el método de preparación; se describe un papel de filtro de aire que tiene una gran dureza y una función de antibiosis. El papel de filtro de aire se hace mediante el uso de las siguientes materias primas, en peso, 39-43 partes de una pasta de cartón de desecho, 53-56 partes de una pulpa de pino Masson, 1-2 partes de la hoja de Masson pino seca, 7-9 piezas de resina alquídica, 3-5 partes de almidón de maíz, 0,2-0,4 partes de nitrato de plata, 0,4-0,5 partes de octanol, 2-3 partes de tamiz molecular, 2-3 partes de polvo de circón, 2-3 partes de fibra de vidrio , 1-2 partes de hoja de piña secas, 0,7-0,9 partes de un agente de acoplamiento de silano YDH-151, 0,6-0,8 partes de carboximetilcelulosa, 0,7-0,9 partes de éster graso de sacarosa, 0,3-0,6 partes de citronelol, 1-2 partes de un asistente, y una cantidad adecuada de agua.

El proceso de la solicitud de patente descrita, hace referencia al uso de hojas de piña, las cuales deben de estar secas; dicho proceso es complejo por sus múltiples reacciones, pasos y componentes, asi como, el producto final es un papel poroso, resistente y con función antibacteriana enfocado exclusivamente para la fabricación de filtros de aire automotriz, por lo cual no provee de una lámina que pueda ser utilizada en la fabricación de diversos productos, por ejemplo, calzado

Otro documento encontrado es la solicitud de patente brasileña número BRPI0800328, que habla de un proceso industrial de fabricación de pulpa papel con fibras naturales, vegetal y sin contaminación química, el producto obtenido son bolsas de embalaje biodegradables; dicho proceso cuenta con las siguientes fases:

• Fas* 01: Se adiciona la resina acomodándola en el recipiente, se aplica al papel en bruto, ya sea, mezclado con fibras o hilos naturales, vegetales o con una limpieza química previa, utilizando bobinas a través de un sistema de rodillos con sistema de calefacción.

Fas* 02: Las bobinas serán colocados con el papel estucado citado en la etapa 01, en las máquinas, que moldeará y unirán con pegamento natural dicho papel, permitiendo que se conviertan en bolsas (embalaje), y en el mismo proceso se añadirán las asas. Aun cuando la solicitud brasileña, hace referencia a utilizar fibras naturales, vegetales y pegamento natural, el proceso es para fabricar exclusivamente bolsas de embalaje con una propiedad especifica, la cual es, que dichas bolsas son biodegradables. Para poder llevar a cabo el proceso descrito, es necesario utilizar una maquinaria especifica, sin embargo, el papel obtenido no tiene caracteristicas de mayor resistencia a la torsión, flexión, absorción, ni habla de que se puedan adicionar acrilicos. Al ser un producto biodegradable, no se puede utilizar para utilizarlo en la fabricación de otros productos, como es el caso del calzado. La patente de Corea número KR100873926 (Bl), es un "MÉTODO DE FABRICACIÓN DE PANELES USANDO DESPERDICIOS", dicho documento describe un método de fabricación de paneles que utilizan residuos para permitir que el panel se puede utilizar de forma sencilla y producir productos terminados por una operación de fabricación. El método de fabricación de paneles a partir de residuos comprende:

1. Pulverización de residuos de madera y desperdicios de papel;

2. mezclar el 70% en peso del polvo de residuos de madera con un 30% en peso del polvo del papel de desecho para formar una mezcla

3. Añadir un adhesivo termo endurecible en polvo mezclando los residuos, para preparar una primera mezcla;

4. Mezclar de 30 a 50% en peso de un polvo de loess, 30 a 40% en peso de un pegamento, y de 40 a 10% en peso de agua para preparar una segunda mezcla. 5. Inyección de las mezclas en un molde, calentando a temperaturas predeterminadas en el molde. Como podemos observar de la patente de Corea, el proceso utiliza papel, adhesivo termo endurecible y agua, sin embargo, una de las materias primas es madera, esto con la finalidad'de poder fabricar paneles, pero no describe que se utilicen fibras naturales, como es el caso de la piña, ni que se pueda utilizar una manta, que permite mejorar y generar sinergia entre las propiedades mecánicas del papel y la manta, ni evidencia que se pueda fabricar calzado.

Otro documento encontrado, es la solicitud de patente de Japón número JP2002180592 (A) , con el titulo de "MATERIAL DE MOLDEO A PARTIR DE RESIDUOS COMO MATERIA PRIMA, PRODUCTO MOLDEADO HECHO DEL MATERIAL DE MOLDEO, Y PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DEL MISMO", el cual se refiere a un producto moldeado obtenido por el material de moldeo, y el uso eficaz de los residuos generados por las actividades industriales, más particularmente, residuos inorgánicos generados a partir de plantas de energia térmica, utilizando fibras vegetales, lodos de papel, que es generado en grandes cantidades por el desecho del papel de las planta de reciclado de papel o similares generados en grandes cantidades en las oficinas; con una proporción de 100 partes de residuos inorgánicos generados a partir de plantas de energia térmica por 50 a 200 partes de peso de la fibra vegetal. El material se mezcla con almidón como un aglutinante, acetato de vinilo, cemento, óxido de magnesio, y con yeso, mejorando la resistencia y durabilidad del producto obtenido. Este documento es complejo por sus múltiples reacciones, pasos y componentes, sin embargo, no provee de una lámina con caracteristicas de mayor resistencia a la torsión, flexión, absorción, ni habla de que se puedan adicionar acrilicos y pigmentación. La solicitud de patente EP2858823 (Al) con el titulo ^W UN MÉTODO Y UN SISTEMA PARA MATERIAL DE FABRICACIÓN EMBALAJE, ASÍ COMO MATERIAL DE EMBALAJE Y UN PAQUETE" se refiere a un material de embalaje que contiene base de papel, fibras naturales que contienen celulosa y una primera capa que comprende al menos un pigmento laminado y agente de unión, y un segundo recubrimiento comprende al menos un biopolimero siendo sellable por calor y que tiene una velocidad de transmisión de vapor de agua de 1 a 30 g / m2 / dia. Además, se refiere a un método y un sistema para la fabricación de material de envasado, el uso del material de embalaje, asi como un paquete.

El producto descrito en la solicitud de patente EP2858823 (Al) puede ser termo sellable, teniendo protección contra el vapor de agua, puede ser imprimible mediante una técnica de impresión.

'Fibra natural' el término se refiere a cualquier material vegetal que contiene celulosa. La fibra natural puede ser de origen de la madera, y/o puede comprender otra que las fibras naturales a base de madera. La madera puede ser de madera blanda, tales como abeto, pino, abeto, alerce, abeto Douglas, y/o hemlock canadiense; o de madera dura, tal como abedul, álamo temblón, álamo, aliso, eucalipto, y/o goma arábiga; o una mezcla de madera blanda y madera dura. El proceso descrito, es complejo por sus múltiples reacciones, pasos y componentes, sin embargo, no provee de una lámina con características de mayor resistencia a la torsión, flexión, absorción, ni habla de que se puedan adicionar acrílieos y pigmentación. No describe que se utilicen piña, ni que se pueda utilizar una manta, que permite mejorar y generar sinergia entre las propiedades mecánicas del papel y la manta, ni evidencia que se pueda fabricar calzado. Por último, la solicitud mexicana MX2011005508, describe un material compuesto biodegradable elaborado a partir dos materiales de desecho: celulosa obtenida del papel bond reciclado y fibras cortas de brácteas de maiz (hojas que recubren la mazorca de maíz) que tienen la función de elemento de refuerzo. Por sus propiedades mecánicas, físicas, acústicas y térmicas, este material compuesto biodegradable tiene como objetivo sustituir materiales que no son biodegradables tales como la espuma de poliuretano y el poliestireno expandido, en aplicaciones similares a estos materiales tales como el aislamiento térmico, el aislamiento acústico, como material estructural y de protección en empaques, y para la elaboración de artículos decorativos, entre otros. Se puede utilizar en la industria automotriz, en la industria de la construcción, juguetes, artículos deportivos y en sí, en un gran número de aplicaciones y que invariablemente son contaminantes porque son difícilmente o imposible reciclarlas y no son biodegradables. Este material se puede conformar por un proceso de moldeo a presión y tiene la maleabilidad necesaria para adoptar diversas formas según el diseño del molde utilizado.

Este mismo material puede ser infiltrado con colofonia, el residuo de la destilación de resina natural de pino, otro material 100% biodegradable, para crear un compuesto más resistente que puede sustituir materiales tales como plásticos sintéticos, maderas y aglomerados, entre otros, para producir artículos que pueden ser moldeados, y con aplicaciones similares a los materiales que sustituye sin limitarse esas aplicaciones. El proceso de fabricación de este material, sin infiltración de resina de pino empieza con la trituración o molienda en seco de las brácteas de maiz que se puede realizar en un molino de granos, a manera de ejemplo. El segundo paso consiste en remojar las fibras de brácteas de maiz y el papel bond reclclado en agua limpia a una temperatura de entre 45 y 55 grados Celsius por el tiempo adecuado para reblandecer los materiales. Este tiempo es de aproximadamente dos minutos. El tercer paso consiste en mezclar muy bien los tres componentes (agua, fibras y papel) en una licuadora de tipo industrial, hasta obtener una masa blanda maleable. El cuarto paso consiste en vaciar la cantidad adecuada de esta masa maleable en un molde de tipo macho-hembra. En el quinto paso se comprime la masa en el molde con una prensa hidráulica con una presión suficiente para remover la mayor cantidad de agua posible y para conformar el material a su forma final. La presión y el tiempo de compresión varían dependiendo de las características de la pieza en especifico. El molde debe tener canales u otros medios para drenar el agua. El sexto paso consiste secar las piezas e incluye un tiempo de secado a una temperatura de 100 grados Celsius o más. Los objetivos de este paso son dos: reducir la humedad a un minimo y matar cualquier organismo que pudiera iniciar un proceso de biodegradación. El tiempo de secado varia dependiendo del espesor de la pieza a fabricar y el porcentaje de humedad y en gran parte depende de" las condiciones atmosféricas. Opcionalmente, hay otros dos pasos posibles: la decoración de las piezas y el recubrimiento de las piezas con cera de candelilla para mejorar su resistencia a la humedad y protegerlo de hongos e insectos. El material tiene la capacidad de pasar por el proceso mencionado en repetidas ocasiones sin perder o modificar sus características.

El documento MX2011005508, no evidencia que el secado de la lámina de papel sea a la sombra mediante contacto directo con el medio ambiente; ni que se pueda recubrir con una capa de material adhesivo y aislante, así como el uso de aglutinantes adhesivos.

Como se puede observar en ninguno de los documentos anteriores se lee la posibilidad de poder generar sinergia entre las propiedades mecánicas del papel y la manta, haciendo de la lámina de papel resultante del proceso, un material estable que puede incluir la integración de pigmentos en el proceso de manufactura sin afectar las propiedades del material compuesto, o a la integración de la interfaz entre ambos materiales; el material es resistente a la aplicación de materiales acrilicos con fines decorativos, sin afectación a las propiedades del material, logrando con todo lo anterior, un producto con propiedades mecánicas mejoradas y particularmente una mayor resistencia a la torsión, flexión y abrasión permitiendo, por ejemplo, su uso óptimo como material para manufactura de calzado. OBJETO DE LA. INVENCIÓN

Es por lo tanto el objeto de la presente invención, proporcionar un proceso para obtener láminas de material compuesto reforzadas con fibras a partir de papel.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una lámina de material compuesto reforzado con fibras a partir de papel. Otro objeto de la presente invención es proporcionar calzado compuesto con las láminas de material compuesto reforzado con fibras a partir de papel. DESCRIPCION DETALLADA DE IA INVENCION

El proceso para obtener láminas de material compuesto reforzadas con fibras a partir de papel, motivo de la presente invención, se refiere a un proceso de manufactura de láminas de papel, donde el papel preferentemente es previamente utilizado, y que dicho se encuentra en un rango de peso de 100 g/m2 a 200 g/m2. El papel es reforzado con fibras naturales provenientes de materiales externos para generar láminas con propiedades mecánicas mejoradas y particularmente una mayor resistencia a la torsión, flexión y abrasión permitiendo, por ejemplo, su uso óptimo como material para manufactura de calzado. El proceso para obtener láminas de material compuesto reforzadas con fibras a partir de papel comprende los siguientes pasos: 1. Triturar papel, preferentemente, previamente utilizado, y que tenga un rango de peso de 100 g/m ² a 200 g/m ² ; hasta que la longitud promedio de los segmentos de papel triturado sea menor a 10 cm. 2. Remojar el papel del paso anterior dentro de un contenedor con agua para eliminar la rigidez del papel y éste tenga una textura suave;

3. Licuar el papel resultante del paso anterior hasta obtener una pasta viscosa de papel;

4. Depositar la pasta viscosa de papel en un segundo contenedor que permita la manipulación de un cedazo al interior del contenedor;

5. Agregar agua al segundo contenedor donde se encuentra la pasta viscosa de papel, en una proporción de 70 hasta 140 partes de agua por parte de la pasta viscosa de papel; 6. Hervir en agua fibras naturales, preferentemente de escapo floral de piña, pudiendo ser de la penca o la flor, hasta suavizar la consistencia de la fibra;

7. Licuar el escapo florar hervido hasta lograr separar la fibra del material blando;

8. Separar la fibra del material blando;

9. Depositar la fibra en el segundo contenedor donde se depositó previamente la pasta viscosa de papel licuada en una proporción de 0.60 hasta 1.20 partes de fibra por parte de pasta viscosa de papel;

10. Agregar agente aglutinante, preferentemente, del tipo de polimeros sintéticos, dentro del segundo contenedor en una proporción de 1 hasta 2 partes de aglutinante por parte de pasta viscosa de papel;

11. Agitar la mezcla del segundo contenedor hasta homogenizarla;

12. Introducir el cedazo por uno de los costados del segundo contenedor, cuidando que la mezcla homogénea cubra completamente la cara superior del cedazo y no sea sumergida por el mismo;

13. Retirar el cedazo del contenedor mediante un movimiento vertical y permitiendo el escurrimiento de, al menos, un 60% de la humedad presente en la mezcla homogénea;

14. Reposar la estructura de cedazo hasta que la humedad presente en la mezcla homogénea se reduzca a una proporción no menor de la mitad;

15. Girar el cedazo y ponerlo en contacto la cara superior de dicho cedazo sobre una manta de tela tipo arpillera de tejido plano y de ligamento tefetán, con un hilado grueso e irregular, hecha de fibras de Yute, Cáñamo, Sisal, Kenaf y la combinación de las anteriores, dicha manta tiene una superficie similar y coincidente a la superficie de la cara superior del cedazo, logrando de esta manera sujetar entre el cedazo y la manta, la lámina de material compuesto reforzado que se formó durante los pasos de remoción de humedad de la mezcla homogénea previamente descritos;

16. Retirar el exceso de agua de la lámina de material compuesto reforzado mediante contacto directo con una esponja;

17. Retirar el cedazo cuidando que la lámina de material compuesto reforzado repose sobre de la manta;

18. Secar por un tiempo entre 3 y 7 horas la lámina de material compuesto reforzado en la sombra mediante contacto directo con el medio ambiente;

19. Retirar la manta descrita en el paso 15;

20. Agregar una manta de tela tipo Oropal, a la lámina de material compuesto reforzado, con la finalidad de lograr una unión más prolongada y eficiente ente dicha manta y la lámina de material compuesto reforzado, la tela Oropal es con una mezcla de Poliester y Algódon con un porcentaje de 60 y 75 % de Poliester y un porcentaje de 25 a 40 % de Algodón y con un calibre de 1 a 1.2 milímetros y que no contenga licra;

21. Recubrir la lámina de material compuesto reforzado y la manta de tela tipo Oropal con una capa de material adhesivo aislante; y,

22. Prensar la lámina de material compuesto reforzado para lograr la integración de las capas del material adhesivo y aislante con dicha lámina de material compuesto reforzado y la manta, generando las interfaces entre las mismas. Esta invención también comprende una lámina de material compuesto reforzado con propiedades mecánicas mejoradas y particularmente una mayor resistencia a la torsión, flexión y abrasión; resultado del proceso anteriormente descrito. Dicha lámina de material compuesto reforzado comprende :

i. Capa de material compuesto;

ii. una capa de material adhesivo aislante; y,

iii. una lámina de manta tipo Oropal y que no contenga licra con una mezcla de Poliester y Algódon con un porcentaje de 60 y 75 % de Poliester y un porcentaje de 25 a 40 % de Algodón y con un calibre de 1 a 1.2 milímetros y que no contenga licra. La lámina de material compuesto reforzado obtenida a través del proceso antes mencionado presenta las ventajas de mejorar y generar sinergia entre las propiedades mecánicas del papel y la manta, de igual manera, es un material estable que puede incluir la integración de pigmentos en el proceso de manufactura sin afectar las propiedades del material compuesto o a la integración de la interfaz entre ambos materiales, el material es resistente a la aplicación de materiales acrilicos con fines decorativos, sin afectación a las propiedades del material, logrando con todo lo anterior, la generación, por ejemplo, para la manufactura de calzado comercial.

Esta invención también comprende un calzado que comprende: i. una estructura hecha con una lámina de material compuesto descrita anteriormente;

ii. al menos, una capa de material acrílico sobre la estructura;

ii. un forro que cubre internamente la estructura del calzado; iv. una tapa o suela que va debajo de la estructura; v. una capa de material impermeabilizante; y,

vi. un tacón en la parte baja y posterior de la tapa. La lámina de material compuesto que conforma la estructura del calzado puede incluir la integración de pigmentos con motivos de decoración, sin que, dicha lámina de material compuesto se deforme o pierda sus propiedades. El calzado es impermeable gracias a las características de la lámina de material compuesto y a la capa de acrilico que se aplica.