IT202200026532A1 - PAPER PRODUCTION MIXTURE, ESPECIALLY FOR RECYCLED PAPER AND ITS MANUFACTURING PROCEDURE - Google Patents
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- D—TEXTILES; PAPER
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo Attached to a patent application for an INDUSTRIAL INVENTION having as its title
?IMPASTO PER LA PRODUZIONE DI CARTA, PARTICOLARMENTE PER CARTA RICICLATA E SUO PROCEDIMENTO REALIZZATIVO? ?PAPER PRODUCTION MIXTURE, PARTICULARLY FOR RECYCLED PAPER AND ITS MANUFACTURING PROCEDURE?
Il presente trovato si riferisce a un impasto, in particolare per un impasto additivo per la produzione di carta, particolarmente per carta riciclata, ancor pi? in particolare nella produzione di carte realizzate con fibre ?povere?, ed il suo procedimento realizzativo. Il trovato riguarda inoltre un foglio di carta realizzato con l?impasto suddetto nonch? un metodo di produzione di un foglio di carta riciclata. The present invention relates to a mixture, in particular for an additive mixture for the production of paper, particularly for recycled paper, even more particularly in the production of paper made with "poor" fibres, and its manufacturing process. The invention also concerns a sheet of paper made with the aforementioned mixture as well as a method for producing a sheet of recycled paper.
La problematica ambientale coinvolge ormai tutti i settori produttivi ed ? sempre pi? sentita l?esigenza di produrre ad impatto ecologico fortemente limitato e di mettersi nel tessuto della cos? detta economia circolare. Environmental issues now involve all production sectors and there is an ever-increasing need to produce with a strongly limited ecological impact and to be part of the so-called circular economy.
Nel settore della carta in particolare, da anni ? impiegata carta riciclata in ambito civile ed industriale, ad esempio nella scrittura e nella stampa, nell?imballaggio, nella produzione di cartone ondulato o per carta utilizzata per sacchi e sacchetti. In the paper sector in particular, recycled paper has been used for years in civil and industrial settings, for example in writing and printing, in packaging, in the production of corrugated cardboard or for paper used for sacks and bags.
Si tratta di prodotti di uso universale, con indici crescenti di produzione e di domanda, il cui utilizzo ha una forte e diffusa produzione di rifiuti. These are products of universal use, with increasing production and demand rates, whose use has a strong and widespread production of waste.
Come noto, la carta ? un materiale riciclabile, poich? la cellulosa che contiene pu? essere sottoposta a ripetuti cicli di lavorazione. La carta recuperata pu? essere trattata e riutilizzata come materia secondaria per la produzione di nuova carta. As is known, paper is a recyclable material, since the cellulose it contains can be subjected to repeated processing cycles. The recovered paper can be treated and reused as secondary material for the production of new paper.
Una gran parte della fibra del rifiuto cartaceo, difatti, ? trasformata in nuova carta, garantendo grandi risparmi energetici, idrici e di legname. In fact, a large part of the paper waste fiber is transformed into new paper, guaranteeing great energy, water and wood savings.
La trasformazione della carta da macero in materia prima avviene in varie fasi: The transformation of waste paper into raw material occurs in various phases:
? raccolta e stoccaggio; ? collection and storage;
? selezionamento, per separare le fibre utilizzabili con le diverse tipologie di carta da macero; ? selection, to separate the fibres usable with the different types of waste paper;
? pressatura e legatura in balle (quest?ultime, inviate alle cartiere, subiscono il processo di riciclo vero e proprio); ? pressing and tying into bales (the latter, sent to the paper mills, undergo the actual recycling process);
? sminuzzamento; ? shredding;
? sbiancamento per eliminare gli inchiostri (decolorazione); ? bleaching to remove inks (decolorization);
? riduzione in poltiglia con aggiunta di acqua calda; ? reduction to pulp with the addition of hot water;
? affinamento (dall'impasto vengono sottratte le impurit? e le scorie, fino a separare la pasta di cellulosa); ? refinement (impurities and waste are removed from the mixture until the cellulose pulp is separated);
? aggiunta di cellulosa vergine, in proporzioni diverse a seconda dell'utilizzo futuro. ? addition of virgin cellulose, in different proportions depending on future use.
A questo punto del ciclo, la cellulosa contenuta nella carta-rifiuto ? ritornata ad essere una materia prima pronta a rientrare nel ciclo di produzione. Dato che ad ogni ciclo di riutilizzo si ha una perdita di resistenza, ? noto di inserire fibre raffinate che possano dare un supporto al prodotto che esce dalla cartiera. At this point in the cycle, the cellulose contained in the waste paper has returned to being a raw material ready to re-enter the production cycle. Since with each reuse cycle there is a loss of resistance, it is known to insert refined fibers that can provide support to the product that comes out of the paper mill.
A tale fine, la ricerca si sta operando per trovare fibre alternative annuali che, con lavorazioni adeguate, consentano il loro impiego nella produzione di carta. To this end, research is being carried out to find alternative annual fibres that, with appropriate processing, allow their use in paper production.
Queste fibre, raffinate opportunamente, sono alla base di un impasto che viene unito ad impasti tipici del settore cartario fatti con cellulose povere (macero o fibre corte). These fibres, suitably refined, are the basis of a mixture that is combined with typical mixtures from the paper sector made with poor cellulose (recycled paper or short fibres).
? gi? noto un utilizzo industriale di altri materiali ottenuti da scarti di produzione agraria: canapa, fagioli, mela, caff?, arance e anche alghe marine (cfr. carta biomela, carta alga favini, ecc.). The industrial use of other materials obtained from agricultural production waste is already known: hemp, beans, apples, coffee, oranges and even seaweed (see biomela paper, favini seaweed paper, etc.).
Queste fibre, tuttavia, anche se si riescono ad integrare molto bene nella carta, non aggiungono caratteristiche tecniche, anzi le riducono e vengono usate solo come recupero e riempitivo. These fibres, however, even if they can be integrated very well into the paper, do not add technical characteristics, rather they reduce them and are used only as recovery and filler.
Le fibre di cellulosa per formare il foglio di carta utilizzano dei legami ad idrogeno tra le fibrille; in vari modi, tra cui la raffinazione, si cerca pertanto di creare pareti cellulari con pi? fibrille possibili. Cellulose fibers use hydrogen bonds between fibrils to form paper sheets; in various ways, including refining, we try to create cell walls with as many fibrils as possible.
Allo stato attuale della tecnica, si aumenta la raffinazione delle fibre in modo da avere, almeno inizialmente, un incremento della resistenza. Tuttavia, procedendo oltre un certo limite, le fibre diventano troppo piccole e le resistenze del foglio diminuiscono. At the current state of the art, the refinement of the fibers is increased in order to have, at least initially, an increase in resistance. However, beyond a certain limit, the fibers become too small and the resistance of the sheet decreases.
Pertanto, non si procede mai ad una raffinazione spinta proprio per non avere l?effetto opposto che si sta cercando, ovvero di conferire resistenza meccanica alla carta prodotta. Therefore, a thorough refining is never carried out precisely so as not to have the opposite effect that is sought, that is, to confer mechanical resistance to the paper produced.
Esistono alternative alla raffinazione delle fibre di cellulosa nel settore carta per rafforzare i legami tra le fibre, quali prodotti chimici ausiliari del processo, lavorazione con enzimi delle fibre di cellulosa al fine di ottenere una fibra con delle pareti cellulari con molte fibrille, oppure ridurre le fibre di cellulosa a livello di microfibrille (MCF) e/o nanocellulose (CNF): mediante processi (omogeneizzatori ad alta pressione e temperature, criofrantumazione, ultrasuoni, elettrospinning e anche macinazione) che fanno scoppiare le fibre di cellulosa per poi dividerne la parete cellulare producendo molte fibrille. There are alternatives to refining cellulose fibers in the paper industry to strengthen the bonds between the fibers, such as process aid chemicals, enzyme processing of the cellulose fibers to obtain a fiber with cell walls with many fibrils, or reducing the cellulose fibers to the level of microfibrils (MCF) and/or nanocellulose (CNF): by processes (high pressure and temperature homogenizers, cryogenic crushing, ultrasound, electrospinning and even grinding) that burst the cellulose fibers and then split their cell walls producing many fibrils.
Il compito che si propone il trovato ? di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati in tipi noti di impasto per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, e di realizzare un impasto a base fibre alternative annuali eco-sostenibili che possono essere aggiunte agli impasti per cartiera con lo scopo di incrementarne le prestazioni. The aim of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks in known types of pulp for the production of paper, particularly recycled paper, and to create a pulp based on eco-sustainable alternative annual fibres that can be added to paper mill pulps with the aim of increasing their performance.
Nell'ambito del compito suddetto, uno scopo che si propone il trovato ? di realizzare un impasto per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, che sia compatibile anche con il processo di riciclo della carta attualmente utilizzato. Within the scope of the above-mentioned task, an object of the invention is to provide a mixture for the production of paper, particularly recycled paper, which is also compatible with the paper recycling process currently used.
Un altro scopo che si propone il trovato ? di realizzare l?impasto con mezzi facilmente reperibili in commercio e usando materiali d?impiego comune, in modo che il dispositivo sia economicamente concorrenziale. Another purpose of the invention is to produce the dough with means that are easily available on the market and using commonly used materials, so that the device is economically competitive.
Questo compito, nonch? questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da impasto per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, e suo procedimento realizzativo, secondo il trovato, comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni. Le rivendicazioni dipendenti corrispondono a possibili differenti forme di realizzazione dell'invenzione. This aim, as well as these and other objects which will become clearer hereinafter, are achieved by a pulp for the production of paper, particularly recycled paper, and its manufacturing process, according to the invention, comprising the technical characteristics set forth in one or more of the accompanying claims. The dependent claims correspond to possible different embodiments of the invention.
In particolare, in accordo con un primo aspetto, la presente invenzione riguarda un impasto 1 per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, che comprende fibre di canapa, preferibilmente di cannabis sativa, le quali presentano una lunghezza media statistica ed una larghezza statistica media tali che: In particular, in accordance with a first aspect, the present invention concerns a mixture 1 for the production of paper, particularly recycled paper, which comprises hemp fibres, preferably cannabis sativa, which have a statistical average length and a statistical average width such that:
la lunghezza media sia minore o uguale a sostanzialmente a 0,6 mm, preferibilmente minore o uguale a sostanzialmente 0,5 mm; e the average length is less than or equal to substantially 0.6 mm, preferably less than or equal to substantially 0.5 mm; and
la larghezza media sia compresa sostanzialmente tra 10 e 20 ?m, estremi inclusi, preferibilmente compresa sostanzialmente tra 12 e 18 ?m, estremi inclusi. the average width is substantially between 10 and 20 ?m, extremes included, preferably substantially between 12 and 18 ?m, extremes included.
Normalmente, per lunghezza media statistica e larghezza media statistica s?intende effettuata con la media statistica pura, non pesata secondo altri coefficienti. Normally, the statistical mean length and statistical mean width are understood to be carried out with the pure statistical mean, not weighted according to other coefficients.
Le fibre di canapa, in particolare di cannabis sativa, avevano gi? trovato largo uso nella produzione di carta. Hemp fibres, particularly from Cannabis sativa, had already found wide use in the production of paper.
Tuttavia, oggi giorno, dopo diversi tipi di trattamento (chimico, termomeccanico, macerazione con o senza enzimi, trattamenti combinati etc.) si arriva ad ottenere fibre di lunghezza adeguata alla produzione di fogli di carta, ovvero fibre di lunghezza media statistica 1,5 mm (distribuite in uno spettro di lunghezza tra 0,2 e 7 mm) e larghezza media statistica compresa tra 15 e 25 ?m. Tali fibre successivamente possono essere raffinate per migliorarne le caratteristiche e ottenere impasti con un indice di ?scolantezza? di 30-60 secondo il modello di Schopper-Riegler, per produrre un foglio di carta. However, nowadays, after different types of treatment (chemical, thermomechanical, maceration with or without enzymes, combined treatments, etc.), it is possible to obtain fibres of a length suitable for the production of sheets of paper, that is, fibres with a statistical average length of 1.5 mm (distributed in a length spectrum between 0.2 and 7 mm) and a statistical average width between 15 and 25 ?m. These fibres can subsequently be refined to improve their characteristics and obtain pulps with a ?drainability? index of 30-60 according to the Schopper-Riegler model, to produce a sheet of paper.
Tali fibre siffatte, sono poi utilizzate per produrre carta sia in percentuali del 100%, sia in percentuali variabili in mix con altre fibre di cellulosa. These fibres are then used to produce paper either in percentages of 100% or in variable percentages mixed with other cellulose fibres.
La Richiedente ha percepito che, contrariamente al pregiudizio tecnologico secondo il quale spingendo la raffinazione oltre un certo limite, le fibre diventano troppo piccole e le resistenze del foglio diminuiscono, producendo un impasto con fibre ancora pi? piccole, si ottengono ancora fibre che migliorano le qualit? meccaniche tanto che, alle analisi di laboratorio, fogli realizzati con il sistema Rapid Kothen utilizzando il 100% di questo tipo di impasto presentano una densit? elevata (circa 0,9 g/cm?), un?alta resistenza alla permeabilit? all?aria (Gurley >15 minuti), un indice di trazione maggiore di 60 N*m/g ed un indice di scoppio maggiore di 3,5 KPa*m?/g. The Applicant has perceived that, contrary to the technological prejudice according to which by pushing the refining beyond a certain limit, the fibres become too small and the sheet resistances decrease, by producing a mixture with even smaller fibres, fibres are still obtained which improve the mechanical qualities so much so that, in laboratory analyses, sheets made with the Rapid Kothen system using 100% of this type of mixture have a high density (about 0.9 g/cm?), a high resistance to air permeability (Gurley >15 minutes), a tensile index greater than 60 N*m/g and a burst index greater than 3.5 KPa*m?/g.
Un altro aspetto dell?invenzione ? dato dal procedimento per la realizzazione di un impasto, particolarmente di un impasto additivo, per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, contenente fibre di canapa, preferibilmente di cannabis sativa, che comprende le fasi che consistono nel: Another aspect of the invention is given by the process for the production of a mixture, particularly an additive mixture, for the production of paper, particularly recycled paper, containing hemp fibres, preferably cannabis sativa, which comprises the phases consisting of:
- tenere in ammollo le fibre di canapa in un primo recipiente contenente acqua, con concentrazione sostanzialmente compresa tra il 3 ed il 5% al secco in peso, ad una temperatura preferibilmente compresa tra 20 e 40 ?C per un periodo sostanzialmente compreso tra 12 e 24 ore, in modo da favorire l?imbibizione di dette fibre di canapa macerata; - soak the hemp fibres in a first container containing water, with a concentration substantially between 3 and 5% of the dry weight, at a temperature preferably between 20 and 40 °C for a period substantially between 12 and 24 hours, in order to promote the imbibition of said macerated hemp fibres;
- spappolare le fibre di canapa ammollate, inserendole progressivamente in un raffinatore e diluendole con acqua per ottenere un impasto con concentrazione sostanzialmente compresa tra 0,5 e 2%, per sostanzialmente 20-30 minuti; - pulp the soaked hemp fibres, gradually placing them in a refiner and diluting them with water to obtain a mixture with a concentration substantially between 0.5 and 2%, for substantially 20-30 minutes;
- far circolare l?impasto di fibre da spappolare in un circuito chiuso, all?interno del raffinatore senza esercitare pressione, in maniera da aumentare progressivamente la densit? di dette fibre da spappolare, fino ad ottenere un?adeguata omogeneizzazione nel circuito del raffinatore e fino a completo svuotamento del primo recipiente; - circulate the mixture of fibres to be pulped in a closed circuit, inside the refiner without applying pressure, so as to progressively increase the density of said fibres to be pulped, until adequate homogenisation is achieved in the refiner circuit and until the first container is completely emptied;
- raffinare le fibre cos? ottenute in modo ciclico in un circuito chiuso, applicando progressivamente pressione al rullo (o ai rulli a seconda se il raffinatore ? del tipo rullo/piano o rullo/rullo o a pi? rulli) del raffinatore, fino al raggiungimento di una pressione sostanzialmente pari ad almeno un valore di almeno 150 KPa; - refine the fibres thus obtained in a cyclical manner in a closed circuit, progressively applying pressure to the roller (or rollers depending on whether the refiner is of the roller/flat or roller/roller or multi-roller type) of the refiner, until a pressure substantially equal to at least a value of at least 150 KPa is reached;
- epurare l?impasto raffinato da eventuali residui grossolani mediante un filtro meccanico a fessure sottili e raccogliere tale impasto in un secondo recipiente. - purify the refined mixture from any coarse residues using a mechanical filter with fine slots and collect this mixture in a second container.
La Richiedente ha intuito di far partire il processo, oggetto della presente domanda di privativa, dalle fibre di canapa ottenute per macerazione e successive lavorazioni di battitura: tali fibre macerate risultano ancora molto lunghe e inutilizzabili per la produzione di carta, ma, pur essendo molto indebolite, sono vantaggiosamente ricche di cellulosa, scarso contenuto di ceneri e lignina e possono essere ulteriormente facilmente lavorabili senza aggiunta di agenti chimici. The Applicant had the intuition to start the process, which is the object of this patent application, from the hemp fibres obtained by maceration and subsequent beating processes: these macerated fibres are still very long and unusable for the production of paper, but, although very weakened, they are advantageously rich in cellulose, low in ash and lignin content and can be further easily worked without the addition of chemical agents.
Vantaggiosamente, queste fibre, che vengono sottoposte a un processo meccanico di raffinazione in acqua (temperatura 20-40?C) con tecnica di pressione meccanica tra due rulli o tra un rullo e un piano (a seconda del raffinatore usato), per effettuare una lavorazione di tipo macinatura, taglio e apertura al fine di ridurle nelle dimensioni, sfibrarle ulteriormente e consentire di formare alle singole fibre corte, sottili, filamentose, ridotte in particelle piccole e schiacciate (?fini?), hanno molti pi? legami con le altre fibre utilizzate normalmente per la carta. Advantageously, these fibres, which are subjected to a mechanical refining process in water (temperature 20-40?C) with a mechanical pressure technique between two rollers or between a roller and a plate (depending on the refiner used), to carry out a grinding, cutting and opening process in order to reduce their size, further defiber them and allow the individual fibres to form short, thin, filamentous fibres, reduced to small and flattened (?fine?) particles, have many more bonds with the other fibres normally used for paper.
Un altro aspetto del trovato ? dato dalla realizzazione di un foglio di carta realizzato con un impasto secondo quanto descritto e oggetto del trovato. Non ultimo, un ulteriore aspetto di tutela richiesta riguarda un metodo di produzione di un foglio di carta, particolarmente di carta riciclata, che comprende l?aggiunta dell?impasto di fibre di canapa, preferibilmente di cannabis sativa, secondo il trovato, ad un impasto tradizionale di cellulose, preferibilmente di cellulose povere. Another aspect of the invention is given by the creation of a sheet of paper made with a mixture as described and object of the invention. Last but not least, a further aspect of protection requested concerns a method of production of a sheet of paper, particularly recycled paper, which comprises the addition of the mixture of hemp fibres, preferably of cannabis sativa, according to the invention, to a traditional mixture of cellulose, preferably of poor cellulose.
In questo caso, la Richiedente, avendo capito che a causa dell?elevato valore di scolantezza non sarebbe stato possibile realizzare fogli di carta con il 100% di questo impasto, ha vantaggiosamente pensato di aggiungere tale impasto oggetto di privativa ad altri impasti costituiti da fibre di cellulosa tipiche della produzione cartaria, in una percentuale compresa sostanzialmente tra il 2 ed il 30% al secco in peso. In this case, the Applicant, having understood that due to the high flowability value it would not be possible to produce sheets of paper with 100% of this mixture, advantageously thought of adding this mixture which is the subject of the patent to other mixtures consisting of cellulose fibres typical of paper production, in a percentage substantially between 2 and 30% of the dry weight.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita ma non esclusiva dell?impasto per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, illustrato a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli uniti disegni in cui: Further features and advantages of the invention will become clearer from the description of a preferred but not exclusive embodiment of the mixture for the production of paper, particularly recycled paper, illustrated by way of example and not in a limiting manner with the aid of the attached drawings in which:
la figura 1 illustra schematicamente il procedimento per la realizzazione di un impasto 1 come additivo per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, contenente fibre di canapa oggetto del trovato; Figure 1 schematically illustrates the process for producing a mixture 1 as an additive for the production of paper, particularly recycled paper, containing hemp fibres which are the subject of the invention;
la figura 2 illustra schematicamente l?applicazione della raffinazione nel raffinatore 3 con sistema meccanico di macerazione tra un unico rullo (31) e relativo piano (32). Figure 2 schematically illustrates the application of refining in refiner 3 with a mechanical maceration system between a single roller (31) and its relative surface (32).
Con riferimento alle citate figure, ? mostrata una forma di realizzazione preferita di un impasto 1 additivo per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, e del suo procedimento realizzativo, che comprende una fibra da pianta annuale di cannabis sativa che, dopo opportune lavorazioni consente di ottenere fibre molto corte e ricche di fibrille, che aggiunte, in minima percentuale, nella produzione di carta ne consente un notevole incremento delle prestazioni aumentando la forza dei legami tra le fibre, ovvero le resistenze, soprattutto in carte realizzate con fibre normalmente deboli (fibre corte, fibre da carte di recupero). With reference to the above figures, a preferred embodiment of a mixture 1 additive for the production of paper, particularly recycled paper, and its manufacturing process is shown, which comprises a fibre from an annual plant of Cannabis sativa which, after appropriate processing, allows for the production of very short fibres rich in fibrils, which, added in a minimal percentage, in the production of paper allows for a notable increase in performance by increasing the strength of the bonds between the fibres, or the resistance, especially in papers made with normally weak fibres (short fibres, fibres from recycled paper).
Le fibrille provenienti da fibre di canapa, ovvero le fibre molto corte e fasci di filamenti, ottenute da specifica lavorazione, che si caratterizzano come impasto 1 statisticamente costituito da fibre presentanti una lunghezza media statistica L(n) <0,5 mm; di cui: Fibrils from hemp fibres, i.e. very short fibres and bundles of filaments, obtained from specific processing, which are characterised as mixture 1 statistically constituted by fibres with a statistical average length L(n) <0.5 mm; of which:
? circa 50% di fibre di lunghezza L(n) < 0,2 mm ? approximately 50% of fibres with length L(n) < 0.2 mm
? circa 40% di fibre di lunghezza L(n) tra 0,2 e 0,5 mm ? approximately 40% of fibres have length L(n) between 0.2 and 0.5 mm
? residuo di 1-5% di fibre con lunghezza L(n) >1mm, ? 1-5% residue of fibres with length L(n) >1mm,
? larghezza media statistica W(n) = 10-20 ?m. ? statistical mean width W(n) = 10-20 ?m.
Inoltre, l?impasto 1 presenta una ?scolantezza? ?SR >90. Furthermore, dough 1 has a ?dryness? ?SR >90.
Eventuali fogli di carta prodotti in laboratorio, realizzati con il sistema Rapid Kothen usando il 100% di questo tipo di impasto 1, presentano una densit? elevata (circa 0,9 g/cm?), un?alta resistenza alla permeabilit? all?aria Gurley >15 minuti, un elevato indice di trazione > 60 N*m/g ed un elevato indice di scoppio > 3,5 kPa*m?/g. Any laboratory-produced paper sheets, made with the Rapid Kothen system using 100% of this type of pulp 1, have a high density (about 0.9 g/cm?), a high resistance to Gurley air permeability >15 minutes, a high tensile index > 60 N*m/g and a high burst index > 3.5 kPa*m?/g.
Per la realizzazione di un impasto 1 per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, contenente fibre di canapa, si parte da fibre di cannabis sativa ottenute per macerazione e successive lavorazioni di battitura, ecc. che non sono oggetto del presente trovato. To produce a mixture 1 for the production of paper, particularly recycled paper, containing hemp fibres, one starts from cannabis sativa fibres obtained by maceration and subsequent beating processes, etc. which are not the subject of this invention.
Le fibre di canapa macerata, tuttavia, risultano ancora molto lunghe e inutilizzabili per la produzione di carta; pur essendo molto indebolite, sono comunque ricche di cellulosa, hanno uno scarso contenuto di ceneri e lignina e possono quindi essere ulteriormente facilmente lavorabili senza aggiunta di agenti chimici. The retted hemp fibres, however, are still very long and unusable for the production of paper; although they are very weakened, they are still rich in cellulose, have a low ash and lignin content and can therefore be easily further processed without adding chemical agents.
Il processo, secondo il trovato, parte da queste fibre che vengono sottoposte a un processo meccanico di raffinazione in acqua ad una temperatura di circa 20-40?C, con tecnica di pressione meccanica del flusso F di fibre tra un rullo 31 ed un piano 32 (figura 2) - o tra due rulli in contrasto -, al fine di effettuare una lavorazione di tipo macinatura, taglio e apertura. In questo modo, le fibre sono ridotte nelle dimensioni, pi? sfibrate e ciascuna di queste fibre corte, sottili e filamentose (?fini?), cos? prodotte, ? ridotta ad una piccola particella schiacciata che pu? formare molti pi? legami con le altre fibre utilizzate normalmente per la carta. The process, according to the invention, starts from these fibres which are subjected to a mechanical refining process in water at a temperature of approximately 20-40?C, with a mechanical pressure technique of the flow F of fibres between a roller 31 and a plane 32 (figure 2) - or between two opposing rollers -, in order to carry out a grinding, cutting and opening type of processing. In this way, the fibres are reduced in size, more frayed and each of these short, thin and filamentous fibres (?fine?), thus produced, is reduced to a small crushed particle which can form many more bonds with the other fibres normally used for paper.
La lavorazione viene effettuata in modalit? c.d. ?batch?, ovvero a lotti successivi di fibre che vengono lavorate passando da un primo recipiente 2 ad un secondo recipiente 5, mediante condotte 7 e mezzi pompanti 6, dopo essere state lavorate ad un raffinatore 3, ad esempio il raffinatore Valley di tipo industriale. Processing is carried out in the so-called ?batch? mode, that is, in successive batches of fibres which are processed by passing from a first container 2 to a second container 5, by means of pipes 7 and pumping means 6, after having been processed in a refiner 3, for example the industrial-type Valley refiner.
Con riferimento alla figura 1, le fasi e i dati caratteristici della lavorazione sono descritti nel seguente modo. With reference to figure 1, the phases and characteristic data of the processing are described in the following way.
Innanzitutto, si ha una fase di ammollo con acqua (T= 20-40?C) nel primo recipiente 2, per imbibizione delle fibre di canapa macerata con concentrazione 3-5%. L?ammollo dura dalle 12 alle 24 ore. First, there is a soaking phase with water (T= 20-40?C) in the first container 2, for imbibition of the macerated hemp fibres with a concentration of 3-5%. The soaking lasts from 12 to 24 hours.
Quindi si ha una fase di spappolamento: le fibre ammollate contenute nel recipiente 2 sono progressivamente inserite, mediante mezzi motori 6, nel raffinatore 3, aggiungendo acqua di diluizione per ottenere un impasto con concentrazione di 0,5-2%. Then there is a pulping phase: the soaked fibres contained in the container 2 are progressively inserted, by means of motor means 6, into the refiner 3, adding dilution water to obtain a mixture with a concentration of 0.5-2%.
In questa fase, che dura circa 20-30 minuti, l?impasto di fibre viene fatto circolare in un circuito chiuso e il rullo 31 del raffinatore 3 non esercitano pressione. La fibra viene messa in circolazione aumentandone progressivamente la densit? fino a ottenere un?adeguata omogeneizzazione nel circuito del raffinatore e fino a completo svuotamento del primo recipiente 2. In this phase, which lasts about 20-30 minutes, the fiber mixture is circulated in a closed circuit and the roller 31 of the refiner 3 does not exert pressure. The fiber is circulated by progressively increasing its density until adequate homogenization is obtained in the refiner circuit and until the first container 2 is completely empty.
La temperatura dell?impasto pu? essere preferibilmente mantenuta tra i 20-40?C. The temperature of the dough can preferably be maintained between 20-40?C.
All?ammollo segue la raffinazione che avviene in modo ciclico in un circuito chiuso in cui circola l?impasto da raffinare. Tra il rullo 31 ed il piano 32, attraversati dal flusso F di fibre, viene applicata progressivamente pressione fino al raggiungimento di pressioni 150-300 kPa e oltre. Soaking is followed by refining which occurs cyclically in a closed circuit in which the mixture to be refined circulates. Between roller 31 and plate 32, crossed by the flow F of fibres, pressure is progressively applied until pressures of 150-300 kPa and above are reached.
Vantaggiosamente, il rullo 31 (o i rulli nel caso di raffinatore rullo/rullo o a pi? rulli) ? equipaggiato con lame/denti rettangolari con bordi arrotondati, non taglienti, che vanno a contatto con una superficie liscia o sagomata, o altre lame/denti con lo scopo di comprimere le fibre tra le due superfici (fig.2). Advantageously, the roller 31 (or rollers in the case of a roller/roller or multi-roller refiner) is equipped with rectangular blades/teeth with rounded, non-sharp edges, which come into contact with a smooth or contoured surface, or other blades/teeth with the purpose of compressing the fibres between the two surfaces (fig.2).
Successivamente ? previsto che la fase di raffinazione sia controllata eseguendo misure di scolantezza secondo il modello per misurazioni di Schopper-Riegler (?SR), fino al raggiungimento di un valore predefinito. Tale valore predefinito corrisponde nell?esempio qui descritto a ?SR >90. Una volta superato il valore predefinito, viene effettuato un ulteriore controllo sulla lunghezza media statistica e si prosegue la raffinazione fino al raggiungimento di un impasto raffinato con fibre di lunghezza media statistica L(n)<0,5 mm e circa il 95 % di fibre con lunghezza L(n)<1mm. La fase di raffinazione ha tempi di durata variabili, tipicamente necessita di tempi lunghi (circa un?ora). Subsequently, the refining phase is expected to be controlled by performing flow measurements according to the Schopper-Riegler measurement model (?SR), until a predefined value is reached. This predefined value corresponds in the example described here to ?SR >90. Once the predefined value is exceeded, a further check is carried out on the statistical mean length and the refining continues until a refined dough is reached with fibres of statistical mean length L(n)<0.5 mm and approximately 95% of fibres with length L(n)<1 mm. The refining phase has variable durations, typically requiring long times (about an hour).
Raggiunto il target suddetto, si passa poi alla fase di screening, laddove l?impasto raffinato viene essere epurato dai residui grossolani mediante un filtro meccanico 4 a fessure sottili ed ? quindi raccolto nel secondo recipiente 5. I residui invece vantaggiosamente ritornano nel primo recipiente 2 per successive lavorazioni. Once the above target has been reached, we then move on to the screening phase, where the refined mixture is purified from coarse residues by means of a mechanical filter 4 with fine slots and is then collected in the second container 5. The residues, on the other hand, advantageously return to the first container 2 for further processing.
Preferibilmente, le fessure del filtro meccanico 4 presentano una lunghezza dell?ordine di alcuni centimetri ed una larghezza compresa sostanzialmente tra 0,1-0,2 mm. Preferably, the slits of the mechanical filter 4 have a length of the order of a few centimetres and a width of substantially between 0.1 and 0.2 mm.
L?impasto 1 ottenuto, che si presenta simile a un fango di colore marrone chiaro, ? vantaggiosamente unito ad impasti tipici del settore cartario fatti con cellulose povere (macero o fibre corte) con una facile e buona integrazione con le altre fibre. The resulting mixture 1, which looks like a light brown mud, can be advantageously combined with typical mixtures from the paper sector made with poor cellulose (recycled paper or short fibres) with easy and good integration with the other fibres.
A causa dell?elevato valore di scolantezza (?SR >90) ? praticamente impossibile realizzare fogli di carta con il 100% di questo impasto 1. Due to the high flowability value (?SR >90) it is practically impossible to produce sheets of paper with 100% of this mixture 1.
Per questo motivo, l?impasto 1 ? aggiunto agli altri impasti di fibre di cellulosa tipiche della produzione cartaria in percentuali tra il 2 ed il 30% al secco in peso. For this reason, the mixture 1 is added to the other mixtures of cellulose fibres typical of paper production in percentages between 2 and 30% of the dry weight.
Da quanto sopra descritto si vede quindi come il trovato raggiunga il compito e gli scopi proposti ed in particolare si sottolinea il fatto che viene realizzato un impasto per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, a base di fibre alternative annuali eco-sostenibili che, se aggiunte agli impasti per cartiera tradizionali, ne incrementano le prestazioni. From the above description it can be seen how the invention achieves the proposed task and aims and in particular it is highlighted that a mixture is created for the production of paper, particularly recycled paper, based on eco-sustainable annual alternative fibres which, if added to traditional paper mixtures, increase their performance.
In particolare, utilizzando questo mix nella produzione della carta si osserveranno incrementi di prestazioni elevate e, in funzione della percentuale utilizzata, le resistenze del foglio prodotto possono anche raddoppiare o triplicare. In particular, using this mix in paper production will result in high performance increases and, depending on the percentage used, the resistance of the sheet produced can even double or triple.
Un altro vantaggio del trovato ? dato dal fatto che il procedimento realizzativo per ottenere l?impasto oggetto del brevetto ? totalmente compatibile con il processo di riciclo della carta attualmente utilizzato. Another advantage of the invention is given by the fact that the manufacturing process for obtaining the mixture which is the object of the patent is totally compatible with the paper recycling process currently used.
Un altro vantaggio dell?impasto secondo il trovato ? dato dal fatto che esso ? stato ottenuto con canapa facilmente coltivabile e reperibile, tanto che l?Italia ? stato tra i primi produttori al mondo di canapa fino ai primi del ?900. Non ultimo, l'uso di mezzi facilmente reperibili in commercio e l'impiego di materiali comuni, rendono il procedimento per la realizzazione di un impasto per la produzione di carta, particolarmente di carta riciclata, contenente fibre di canapa economicamente concorrenziale. Another advantage of the mixture according to the invention is given by the fact that it was obtained with hemp that is easily cultivated and available, so much so that Italy was among the leading producers of hemp in the world until the early 1900s. Last but not least, the use of means easily available on the market and the employment of common materials make the process for the creation of a mixture for the production of paper, particularly recycled paper, containing hemp fibres economically competitive.
Il trovato cos? concepito ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The invention thus conceived is susceptible to numerous modifications and variations, all of which fall within the scope of the inventive concept.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all details may be replaced by other technically equivalent elements.
In pratica i materiali impiegati, nonch? le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze, purch? coerenti con lo scopo realizzativo. In practice, the materials used, as well as the dimensions, can be any according to the needs, as long as they are consistent with the construction purpose.
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