Sector técnico

La tecnología está orientada al área de la construcción, más específicamente, corresponde a un proceso para elaborar fibras de corteza, útiles para producir materiales aislantes.

Técnica Anterior

La calidad de aislación térmica de viviendas y edificios es un tema de gran relevancia en el ámbito de la construcción, debido al efecto directo que genera en el consumo energético y en la eficiencia de las edificaciones. El uso de elementos aislantes térmicos con alto desempeño, sumado a su correcta aplicación, permiten un ahorro considerable en calefacción durante el invierno y ventilación durante el verano. Además, se pueden disminuir las emisiones de CO2 al ambiente y elevar el confort habitacional. Países desarrollados, tales como Alemania, Francia, Austria y Estados Unidos, poseen un alto estándar de construcción y lideran el desarrollo de tecnologías y productos de alto desempeño, con el objetivo final de construir viviendas sustentables energéticamente. Los principales productos aislantes utilizados en el mercado son planchas de poliestireno expandido, rollos de lana de vidrio y lana mineral y espumas de poliuretano.

Una alternativa ambientalmente amigable es la fabricación de paneles aislantes de fibras naturales. Actualmente, existen productos comerciales en base a fibras de madera de coniferas (Pavatex®, Gutex®, entre otros), fibras de cáñamo (NatuHemp®), fibras de lana de oveja (SheepWool Insulation®, NatuWool®) y fibras textiles (UltraTouch™). En particular, los paneles aislantes de fibras de madera poseen prestaciones técnicas similares a los productos tradicionales, como por ejemplo, la conductividad térmica del material, que es variable entre 0,040 - 0,052 W/mK. No obstante, en otros aspectos son superiores, como por ejemplo, en la capacidad de almacenamiento de energía, cuyo valor es 2.100 J/kg K, en comparación con lana mineral, cuyo valor es 1 .000 J/kg K. Esto se traduce en una mayor inercia del material a la variación de temperatura entre el interior y exterior de la vivienda, permitiendo mantener el ambiente interior calefaccionado y aislado de los cambios de temperatura externos. Adicionalmente, estos paneles tienen bajo impacto ecológico en su fabricación, estimando una generación de 60,1 -130,0 kg CO2/1T1 ³ panel fabricado, en comparación con lana mineral o poliestireno expandido, cuyo rango varía entre 150,2 - 300,5 kg/m ³ y 120,2 - 456,7 kg/m ³ , respectivamente. (Fachgentur Nachwachsende Rohstoffe, e.V., 2014).

También se ha estudiado la capacidad de aislación térmica de fibras naturales alternativas, entre las cuales se encuentran cáscara de durian y fibras de coco en mezclas (Khedari et al., 2004), kenaf (Xu et al., 2004), desechos sólidos provenientes de la industrial de papel tissue (Lertsutthiwon et al., 2008), paja de trigo (Zhou et al., 2004), tallo de algodón (Guler et al., 2004), madera de palma (Agoudjil et al., 201 1 ), capullo del gusano de seda (Zhang et al., 2013), cáscara de bagazo y coco (Panyakawen et al., 201 1 ), fibras de girasol, residuos textiles y rastrojos (Binici et al., 2014), fibras de cáñamo (Zach et al., 2013), mezclas de lino, cáñamo y yute (Korjenic et al., 201 1 ) y lana de oveja (Zach et al., 2012), entre otras fuentes.

Bajo este contexto, la corteza de Eucalyptus sp. es un recurso de bajo valor comercial y con alto potencial para ser utilizado como fuente de fibras naturales. Tradicionalmente es utilizada como biomasa para la generación de energía, sin embargo, su poder calorífico es inferior al de otras biomasas, tiene un alto contenido de cenizas y es difícil del procesar. Durante el descortezado de Eucalyptus sp. se obtiene un material de gran longitud (superior a 1 metro), alta resistencia mecánica y flexible, el cual se enreda en los elementos mecánicos rotatorios, como correas transportadoras. Para ser utilizado como biomasa, es necesaria una disminución de su tamaño, a fin de facilitar su manipulación, sin embargo, su alto contenido de minerales produce un gran desgaste de los elementos de corte como cuchillos, razón por la cual se debe incurrir en gastos adicionales para su comercialización.

La corteza de Eucalyptus sp. es un recurso ampliamente disponible, es la segunda especie forestal más utilizada a nivel mundial. La proporción de corteza se encuentra en el rango entre 8 - 10 % del volumen del árbol. Algunos usos alternativos a la generación de energía son la producción de acolchados para la agricultura y la obtención de extraíbles, particularmente taninos, para diversas aplicaciones (Pásztory et al. 2016). Opcionalmente, una parte permanece en el bosque luego del descortezado, a fin de proporcionar nutrientes para la tierra, no obstante, esta práctica es cada vez menos recurrente, debido a riesgos de incendio o sobresaturación de minerales. Finalmente, existe una parte de la corteza que es dispuesta directamente en vertederos, debido a la gran acumulación y baja valorización de mercado en estas aplicaciones.

El uso de corteza como materia prima para producir materiales aislantes es un tema reciente. Se ha reportado su capacidad para proteger el árbol del aumento de temperatura, por ejemplo, frente a incendios. La corteza posee una baja conductividad térmica comparada con la madera, debido a sus características morfológicas de porosidad, densidad y a su contenido de agua, entre otro factores. En un estudio realizado a tres variedades de Eucalyptus sp. se observó que la mayor resistencia al paso del calor fue en aquélla, cuya corteza es esponjosa y desarmable en cintas o lonjas; las que al ser retiradas, revelan una corteza interna pálida y de superficie lisa (Wesolowski et al., 2014).

Pásztory et al. (2013) estudio la capacidad de aislación térmica de la corteza de 5 especies: dos latifoliadas y tres coniferas. Las cortezas fueron tratadas con un astillador, para obtener partículas de morfología similar, las cuales fueron colocadas en una caja formadora, sin utilizar adhesivos. Se confeccionaron materiales aislantes con un relleno suelto de corteza triturada al interior. Los resultados indicaron que la conductividad térmica de cortezas de latifoliadas fue mejor que la de coniferas, debido principalmente a que la corteza interna está presente en mayor proporción y es más fibrosa. Adicionalmente, Kain et al. (2012) confeccionaron paneles aislantes de corteza externa de Pinus sylvestrís en distintas densidades, demostrando que la capacidad de almacenamiento de energía o inercia térmica del material fue superior a los productos tradicionales.

En la actualidad, la obtención de fibras para producir paneles aislantes se realiza por refinación de astillas o virutas provenientes de madera de coniferas. Éste es un proceso termo-mecánico en el que las astillas son impregnadas con vapor saturado a temperatura entre 165 - 185 °C, a fin de permitir la plastificación de la lignina; posteriormente, ingresan a un refinador presurizado, donde son sometidas a esfuerzos de corte producidos por el movimiento de dos discos con geometría y forma definidas. La homogeneidad de tamaño y geometría de las astillas debe ser la adecuada, para permitir una óptima penetración del vapor al interior, de lo contrario, el consumo energético es mayor. Pese a ser el procesamiento más utilizado para obtener fibras, el requerimiento energético de la refinación es superior a cualquier otra alternativa mecánica existente. Se estima que por cada tonelada de fibras producidas se necesitan cerca de 300 - 500 kg vapor saturado y 60 - 180 kWh de energía eléctrica. Este consumo varía según la densidad y tipo de la madera, así como la configuración del sistema, entre otros aspectos (Gravelsins, R., 1998).

La utilización de fibras naturales alternativas para la fabricación de materiales aislantes es una oportunidad para aplicar nuevas formas de procesamiento, enfocándose en un tratamiento sencillo y con menor consumo energético, que el actual proceso. Cabe enfatizar que la corteza de Eucalyptus sp. es un residuo masivo, lo que permite concebir un proceso productivo a gran escala y desarrollar nuevos materiales de aislación térmica con impacto positivo en el medio ambiente.

Algunas patentes que tienen relación con la presente tecnología se presentan a continuación:

1 . Patente US 1 ,489,567 (Weiss, 1924) denominada "Insulating material". Se divulga un proceso para producir un material aislante a partir de un material fibroso. El material fibroso es sometido a un sistema de trituración, para formar fibras de gran tamaño, las que caen a una correa transportadora, donde se va formado el material aislante. El objetivo de la trituración o picado de la materia prima es separar las fibras en partículas individuales que tengan capacidad de ser depositadas en un soporte para formar una capa floculante de un arreglo heterogéneo de fibras, adaptadas para ser cementadas o contenidas en conjunto con un agente adhesivo, para formar un tejido integral de fibras. Este material puede contener adhesivos, por ejemplo, asfalto y silicato de sodio, entre otros. 2. Patente US 3,086,717 (Vroom et al., 1963) denominada "Separation of bark components". Se describe un método de separación de corteza en componentes fibrosos y no fibrosos; el cual consiste en una desintegración húmeda de la corteza, que separa sustancialmente la parte no fibrosa de la fibrosa; y una centrifugación hidráulica, útil para separar los componentes fibrosos de los no fibrosos. La desintegración puede ocurrir por una combinación de equipos de tipo martillo oscilante y refinador de discos, o cada uno por separado o utilizando procesos de tipo explosión. Estas fibras son principalmente aptas para la fabricación de papel.

3. Patente US 5,516,580 (Frenette et al., 1996) denominada: "Cellulosic fiber insulation material". Se divulga un material aislante que comprende fibras de celulosa cortas de relleno suelto y fibras sintéticas bi-componentes de longitud más larga. No se especifica el tratamiento realizado para obtener las fibras naturales, sin embargo, se menciona que su longitud es mucho menor a las fibras de lana de vidrio, lo cual es una desventaja para la producción de materiales aislantes; por ello, se mezclan con fibras bi-componentes, cuya longitud es mayor, a fin de facilitar la formación del panel aislante.

Divulgación de la Invención

La presente tecnología es un proceso para elaborar fibras de corteza, útiles para producir materiales aislantes del tipo rígido o flexible. Específicamente, el proceso se basa en el uso de corteza de Eucalyptus sp. u otras cortezas de especies latifoliadas o coniferas con alto contenido de fibras y altamente disponibles, la cual es sometida a un tratamiento exclusivamente mecánico, para obtener un material fibroso, reduciendo los costos energéticos y de producción, con relación a otras tecnologías disponibles en el mercado.

El material fibroso conforma la base para elaborar materiales aislantes del tipo tableros o paneles, cuyas propiedades de aislación, particularmente térmica, son iguales o superiores a los productos tradicionales. Las fibras de corteza de Eucalyptus sp., luego del tratamiento exclusivamente mecánico, poseen una morfología y razón de esbeltez adecuadas, para la fabricación de materiales aislantes. En comparación con fibras de madera de coniferas, utilizadas tradicionalmente para fabricar materiales aislantes, las fibras de corteza son más flexibles, largas y poseen un alto grado de desfibrilación superficial (ver Figura 1 (a) corresponde a fibra de madera de conifera y (b) a fibra de corteza de Eucalyptus sp.), lo cual mejora el contacto entre las fibras y permite disminuir el contenido de agente de anclaje en la fabricación del material aislante.

El proceso para elaborar el material fibroso de corteza comprende principalmente el procesamiento exclusivamente mecánico de la corteza proveniente del descortezado del rollizo. Vale decir, el descortezado no se considera como parte del proceso reivindicado. El material fibroso se somete primero a esfuerzos de corte o trituración, para generar partículas trituradas con tamaño inferior a 20 cm, fáciles de manipular. Las partículas obtenidas se someten a un proceso de desfibración, a través de esfuerzos de cizalle, compresión y/o molienda, los cuales producen finalmente el material fibroso. Este proceso no comprende la aplicación de vapor, reactivos químicos o temperatura sobre la corteza, razón por la cual el tratamiento se realiza de forma sencilla y con un bajo consumo energético. Este procesamiento mecánico sólo es posible por la facilidad de la corteza de Eucalyptus sp., para ser desfibrada en el sentido longitudinal. Se pueden utilizar equipos preferentes del tipo triturador, astillador, molino de martillos, molino de corte, disgregador, rodillos, carda o refinador despresurizado. También es factible que en solo un equipo se lleve a cabo la trituración como la desfibracion; no obstante, esto no limita utilizar dos equipos separados, como por ejemplo, un triturador y un molino de martillos.

Previo al procesamiento exclusivamente mecánico, se separa principalmente suciedad contenida en la corteza y objetos ajenos generados del descortezado, a través de un sistema de separación mecánico o neumático, o una combinación de ambos, del tipo preferente pero no exclusivo, criba vibratoria. La densidad aparente de la corteza se encuentra en el rango entre 50 - 250 kg/m ³ , preferentemente entre 80 - 180 kg/m ³ . Adicionalmente, la humedad de la corteza se ajusta entre 10 - 80 %, preferentemente entre 15 - 40% en base seca para permitir una disminución de la generación de polvo y partículas finas durante del procesamiento mecánico, así como también, un ahorro en el consumo energético del proceso. La humedad de la corteza se calcula como el cociente entre la masa de agua y la masa anhidra de corteza. El ajuste de humedad en el rango señalado se puede realizar a través de un sistema de secado de corteza verde por convección natural o forzada de aire, o humidificación de corteza seca por técnicas convencionales en cámara climatizada.

Posterior al procesamiento exclusivamente mecánico, el material fibroso puede clasificarse a través de un sistema mecánico y/o neumático, donde se separa el polvo y las partículas finas producidas. Preferentemente, se puede utilizar succión de aire, gravedad, rodillos de separación, cardas, tamices o cribas vibratoria con tamaño de poro entre 0,2 - 60 mm, preferentemente, entre 0,8 - 20 mm; o una combinación de ellos. Las fibras obtenidas del procesamiento mecánico poseen un contenido de humedad inferior al 14 %, preferentemente menor al 12%, para la posterior etapa de mezclado.

El material fibroso obtenido es un conjunto enmarañado de fibras o haz de fibras de corteza, dispuestas de forma aleatoria, que mayoritariamente poseen una alta razón de esbeltez; es decir, una longitud variable entre 0,2 - 60 mm, preferentemente entre 0,8 - 30 mm y un espesor entre 0,05 - 3 mm, preferentemente entre 0,2 - 1 mm (ver Figura 2); son enroscadas, flexibles y poseen una alta fibrilación superficial. La densidad aparente del material fibroso se encuentra en el rango entre 30 - 200 kg/m ³ , preferentemente entre 40 - 80 kg/m ³ .

A partir del material fibroso obtenido es posible fabricar materiales aislantes del tipo paneles o tableros, los cuales se componen principalmente del material fibroso en proporción superior a 80% en base al material aislante anhidro y un agente de anclaje en proporción entre 0,5 - 20%. El proceso de fabricación contempla principalmente el encolado o mezclado con agentes de anclaje necesarios para generar la unión de las fibras, la formación del material aislante, el pre-prensado del material formado, el curado del agente de anclaje y el dimensionamiento del material aislante. Utilizando la misma secuencia de actividades señaladas, se pueden fabricar dos tipos de materiales aislantes: a. Un material de contextura rígida (ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.5), cuyo agente de anclaje es una resina en base a taninos, fenol, urea, poliuretanos o isocianatos. Este agente se puede incorporar por inyección en medio líquido, en un porcentaje entre 2 - 14 % en base al material aislante anhidro. La densidad del material aislante rígido varía entre 60 - 320 kg/m ³ , bajo condiciones normales de temperatura (20°C) y humedad relativa (65%).

b. Un material de contextura flexible (ver ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.6), cuyo agente de anclaje son fibras sintéticas, del tipo bi- componente u homogéneas. Las fibras bi-componentes son fibras sintéticas compuestas de dos materiales, configuradas preferentemente de forma concéntrica, tal que el material del exterior posee un punto de fusión en un rango entre 80 - 180 °C, preferentemente entre 120 - 160°C, y el material del centro tiene un punto de fusión superior al del exterior. Este agente se puede aplicar a través de un sistema neumático o de cardado, a fin de abrir el material fibroso y producir un mezclado homogéneo con las fibras sintéticas. El porcentaje de aplicación varía entre 0,5 - 20%, preferentemente entre 1 - 7% en base al material aislante anhidro. La densidad del material aislante flexible varía entre 30 - 150 kg/m ³ , bajo condiciones normales de temperatura (20°C) y humedad relativa (65%).

Durante la formación del material aislante, el material fibroso se puede orientar total o parcialmente de forma aleatoria, en dirección al largo, al ancho o al espesor, lo cual repercute sobre la capacidad de aislación final obtenida. Cuando las fibras son orientadas en dirección longitudinal o transversal, la conductividad térmica del material es menor, permitiendo un mejor desempeño como material aislante.

Opcionalmente, el material fibroso de corteza se puede mezclar con fibras de maderas de coniferas, en proporción que varía entre 10 - 90%, preferentemente, entre 40 - 60 % en base al peso anhidro de material fibroso total. Además, se puede incorporar un agente ignífugo, insecticida, fungicida o impermeabilizante, para otorgarle propiedades de resistencia al fuego, a agentes biológicos o a la humedad, respectivamente. Como agente ignífugo, se pueden utilizar fosfato de amonio, sales de silicato o de boro, en proporciones menores al 25% en base al material aislante anhidro. Como agente fungicida e insecticida se puede utilizar productos comerciales protectores de madera basados en sales de cobre y/o compuestos orgánicos activos, en proporción menor al 15% en base al material aislante anhidro. Además, se puede incorporar ceras parafínicas como agente impermeabilizante y/o hidrófugo, en proporción inferior al 15%.

El material aislante confeccionado a partir del material fibroso de corteza presenta buenas prestaciones técnicas y desempeño para la aislación térmica, acústica y/o vibratoria en diversas aplicaciones, tales como construcción, sistemas constructivos y vehículos. La conductividad térmica alcanzada por el material aislante varía, según la densidad, en un rango entre 0,04 - 0,08 W/mK.

A través de la utilización de una materia prima de bajo valor comercial, así como un procesamiento exclusivamente mecánico y fácil de aplicar, el material aislante producido puede ser competitivo con materiales aislantes convencionales, tales como poliestireno, lana mineral o espumas de poliuretano. Opcionalmente, el material fibroso obtenido de la presente invención puede ser utilizado como producto intermedio para la producción de fieltros susceptibles de ser transformados morfológicamente, a través su procesamiento bajo condiciones de temperatura y presión determinadas.

Ejemplos de aplicación

Ejemplo 1 : Evaluación de la distribución de tamaño de fibras por procesamiento mecánico.

Se estudió el efecto de distintas combinaciones de procesamientos mecánicos de corteza de Eucalyptus globulus sobre la calidad del material fibroso, para la fabricación de paneles aislantes térmicos. Se utilizaron los siguientes equipos para el procesamiento mecánico:

(A) : triturador marca Untha RS 30-4-2 con capacidad de producción 200 kg/h;

(B) : molino de corte marca AMIS S-20/20 3661 con capacidad de producción 100 kg/h; y

(C) : molino de martillos marca Peerless con capacidad de producción 200 kg/h.

La corteza de Eucalyptus globulus fue obtenida directamente del descortezado de rollizos, con una densidad aparente de 200 kg/m ³ . Se tomaron 5 kg de corteza por cada secuencia de procesamiento seleccionada, en dos repeticiones. Se determinó la humedad inicial de la corteza, colocándola en una estufa a 105 °C por 2 horas y registrando el peso inicial y final de la corteza. Como resultado se obtuvo una humedad de 91 ,1 ± 3,8 %.

La corteza fue dejada al aire libre por 12 horas, hasta alcanzar una humedad de 13,6 ± 4,0%. Dada la morfología y estructura física de la corteza de E. globulus, se debió considerar una etapa de trituración, para disminuir el tamaño de algunos trozos de corteza (o lonjas), cuyas dimensiones superaban los 40 cm. Se evaluaron 4 tipos de procesos:

- Solo triturador, (A).

- Triturador en dos pasadas, (A)+(A).

- Triturador y luego molino de corte, (A)+(B).

- Triturador y luego molino de martillos, (A)+(C).

Previo a cualquiera de los procesamientos mecánicos mencionados, se realizó la limpieza de corteza utilizando una criba vibratoria. Se eliminó polvo e impurezas ajenas a la corteza y provenientes del suelo o del proceso de descortezado. Estas impurezas generaron problemas operacionales durante un estudio previo de los procesos mecánicos, por lo cual se consideró necesaria la limpieza.

Posterior al procesamiento mecánico, se determinó la distribución de tamaño del material en un rango entre 0,15 - 19 mm. Esto se realizó a través de una batería de tamices sometidos a movimiento circular constante por 10 min. Posteriormente, cada fracción se pesó y se determinó el porcentaje correspondiente, respecto al peso seco de la corteza previo al tratamiento mecánico. En la Tabla 1 se presentan los resultados de distribución de tamaño de partículas obtenidos, en función del tipo de procesamiento.

Tabla 1. Resultados de distribución de tamaños de fibras post-tratamiento mecánico.

Distribución de tamaño de partículas (%) según proceso mecánico

Tamaño de

partícula (mm)

(A) (A)+(A) (A)+(B) (A)+(C)

> 19 84,2 ± 3,2 12,6 ± 4,4 18,9 ± 7,6 76,0 ± 5,3

19 - 9,5 0,4 ± 0,4 17,3 ± 4,6 0,7 ± 0,1 1 ,4 ± 0,1

9,5 - 4,75 2,1 ± 0,9 31 ,6 ± 8,8 3,6 ± 1 ,4 2,6 ± 0,2

4,75 - 2 4,4 ± 1 ,7 16,1 ± 4,2 34,2 ± 5,5 2,3 ± 0,2

2 - 1 2,7 ± 0,1 4,7 ± 0,2 1 1 ,2 ± 0,1 1 ,9 ± 1 ,2

1 - 0,6 2,4 ± 0,5 5,4 ± 2,0 9,8 ± 0,4 1 .8 + 0.1

0,6 - 0,15 2,4 ± 0,1 6,8 ± 2,1 13,1 ± 2,0 3,8 ± 1 ,7

< 0,15 1 ,6 ± 0,2 4,3 ± 0,8 8,0 ± 1 ,7 8,4 ± 5,6

En cada uno de los procesamientos se observó lo siguiente:

(A): a través de la trituración, las lonjas de corteza y partículas gruesas disminuyeron considerablemente su tamaño, desde 40 cm aproximadamente hasta tamaño inferior a 10 cm y superior a 19 mm. El 84,2 % en peso correspondió a material con este tamaño, el cual facilitó su trabajabilidad. Las fracciones inferiores a 19 mm correspondieron a una baja proporción.

(A)+(A): la trituración en dos pasada permitió disminuir el tamaño de la corteza en fracciones más pequeñas. El 61 % en peso de la corteza tratada se distribuyó en un tamaño superior a 4,75 mm. Sin embargo, no se apreció la formación de fibras, sino más bien partículas, cuyas fibras fueron cortadas y dañadas por efecto de la trituración. En el rango de tamaño inferior a 4,75 mm, se observaron partículas muy finas y no aptas para fabricar materiales aislantes, debido al alto consumo de resina asociado.

(A)+(B): utilizando un triturador y posteriormente un molino de corte, se observó que el 34,2% del material se distribuyó entre 4,75 - 2 mm. La segunda fracción predominante fue el tamaño superior a 19 mm, con un rendimiento de 18,9%. En esta fracción se obtuvieron fibras adecuadas para fabricar materiales aislantes, sin embargo, éstas eran cortas, heterogéneas, poco fibriladas y tenían una baja razón de esbeltez. Adicionalmente, el rendimiento no fue adecuado, para considerar un proceso escalable industrialmente.

(A)+(C): a través de trituración y luego molienda con martillos se obtuvo un rendimiento de 76,0% para la fracción más grande. A diferencia de la misma fracción obtenida con el proceso (A)+(B), las fibras fueron notoriamente más largas y delgadas (alta razón de esbeltez), flexibles, homogéneas y altamente fibriladas superficialmente. El material fibroso obtenido mostró una alta capacidad de aglomerarse y unirse entre sí, producto de la morfología y estructura física obtenida. Adicionalmente, todo el material obtenido en fracciones inferiores a 19 mm correspondió a madera, partículas no deseadas y polvo. En la Figura 4se aprecia un acercamiento de una fibra elemental en la superficie de una fibra de la corteza obtenida por este proceso, y en la Figura 3 se observa un conjunto de fibras de corteza formando un entramado.

Adicionalmente, en la Figura 1 se muestra una comparación de la geometría de fibras de picea (a) y fibras de corteza de Eucalyptus sp (b). Las fibras de picea fueron obtenidas por refinación a presión de 6 bar por 6 min, y las fibras de corteza de Eucalyptus sp. fueron obtenidas por refinación a presión atmosférica y 20 °C.

Se concluyó que es factible un procesamiento exclusivamente mecánico de la corteza, el cual considera dos etapas: la trituración del material a través de esfuerzos de corte, a fin de disminuir su tamaño y facilitar su manipulación durante el procesamiento posterior y el desfibrado de las partículas, a través de fuerzas de cizalle y/o compresión. Utilizando un molino de martillos para el desfibrado, se obtuvo un material fibroso de alta calidad, caracterizado por una alta razón de esbeltez, ser homogéneo y poseer una alta presencia de fibrilas superficiales, tal como se aprecia en la Figura 3. Adicionalmente, el rendimiento obtenido fue superior a las otras alternativas estudiadas.

Ejemplo 2: Fabricación de paneles rígidos con distinta densidad.

Se fabricaron materiales aislantes rígidos utilizando el material fibroso según el procedimiento detallado en el Ejemplo 1 , al que se determinó la conductividad térmica. El material fibroso se encoló con 10 % resina fenol-formaldehido respecto al peso seco del material final, cuyo porcentaje de sólidos fue de 43,01 %, viscosidad 1050 cp y pH 1 1 ,85. El encolado se llevó a cabo en un equipo cilindrico giratorio con una entrada central para la inyección de la resina. La humedad de las fibras se determinó por el mismo método descrito en el Ejemplo 1 , obteniendo un valor de 12,1 %. Considerando el agua contenida en la resina y en las fibras, se incorporó una cantidad extra de agua para que la humedad de la mezcla, material fibroso y resina, fuera de 30 ± 2 %. Se confeccionó un set de materiales, cuya densidad se varió entre 75 - 300 kg/m ³ . Se pesó una cantidad adecuada de mezcla para obtener la densidad objetivo, por ejemplo, para una densidad teórica de 100 kg/m ³ se pesó una cantidad de 612,9 g húmedos.

La mezcla se depositó en una superficie plana, sobre la cual se colocó un marco de madera de 35 x 35 cm ² y altura de 25 cm y se prensó de forma manual hasta obtener un espesor levemente superior a 5 cm. Se retiró el marco de madera y el material aislante pre-prensado, del tipo panel aislante y se colocó en una prensa de placas marca Becker & van Hüllen. En ambas superficies de contacto del panel con las placas metálicas se colocó un producto desmoldante comercial, a fin de evitar que las fibras se adhirieran a la superficie por efecto de la temperatura durante el prensado.

El prensado se realizó con vapor saturado a 190 °C, la presión hidráulica fue de 20 bar y la presión específica de 5 kgf/cm ² . Las placas metálicas cumplieron la doble función de aplicar presión e inyectar vapor sobre el panel, hasta alcanzar un espesor de 5 cm. Una vez obtenidas las condiciones deseadas, éstas se mantuvieron por 3,3 min, luego el panel se retiró de la prensa y se dejó reposar por 12 horas. Finalmente, los paneles se formatearon a dimensión 17,5 x 17,5 cm ² , para determinar la conductividad térmica. Ésta se midió con un equipo KD2- PRO Thermal Hermal Properties Analyzer, de acuerdo con la norma ASTM D5334-08. Se utilizó un sensor KS-1 , cuyo rango de medición es entre 0,02 - 2,00 W/mK. El sensor incorporaba un calentador y una termocupla en su interior, y utilizaba un método no estacionario para medir la conductividad térmica. Las mediciones se realizaron en sentido longitudinal en 12 puntos alrededor del espesor del panel y en sentido transversal en 9 puntos en la superficie del panel.

En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.7 se muestra el efecto de la conductividad térmica del panel aislante en función de la densidad y en el sentido de medición, donde se puede apreciar que a menor densidad el material se obtuvo mejores propiedades de aislación térmica; también se observó la anisotropía del material, ya que en sentido longitudinal la aislación térmica fue mejor que en sentido transversal al panel. En comparación con paneles de lana de vidrio, densidad 40 kg/m ³ , la conductividad térmica fue de 0,038 W/mK, nuevamente, denotando el efecto de la densidad del material.