BRPI0715229A2 - soluÇÕes aquosas branqueadores àpticos - Google Patents
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Abstract
SOLUÇÕES AQUOSAS BRANQUEADORES àPTICOS. A presente invenção refere-se à armazenagem de soluções aquosas estáveis de branqueador óptico / PVOH de baixa viscosidade quepodem ser usadas diretamente pelo fabricante de papel pelo fato que elas podem ser medidas e adicionadas pela bomba diretamente a uma composição para revestimento e que fornecem papéis revestidos de uma brancura surpreendentemente alta.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SOLUÇÕES AQUOSAS BRANQUEADORES ÓPTICOS".
A presente invenção refere-se a soluções aquosas de branque- adores ópticos com álcoois polivinílicos que podem ser usados diretamente pelo fabricante de papel e que fornecem papéis revestidos de grande bran- cu ra.
É bem sabido que a brancura e ligado a esta a atração de pa- péis revestidos podem ser melhoradas pela adição de branqueadores ópti- cos à composição que os contém. Para satisfazer a demanda de papéis re- vestidos de grande brancura, há uma necessidade de branqueadores ópti- cos mais eficientes.
Mesmo se for sabido que o álcool polivinílico (PVOH) pode esti- mular o desempenho de branqueadores ópticos em composições pigmenta- das para revestimento agindo como um veículo (ver, por exemplo, a página 164 de "Surface Application of Paper Chemicals" por Brander (Springer, 1997)), o fabricante de papel, quando deseja usar o dito álcool, precisa adi- cioná-lo separadameante à composição para revestimento, tipicamente na forma de uma solução aquosa, resultando em um mais alto teor de água da composição para revestimento e consequentemente tempos de secagem mais longos. Permanece o problema de fornecer ao fabricante de papel um meio inteiramente satisfatório de utilização de PVOH como um veículos para branqueadores ópticos.
O WO 2005/056658 procura fornecer uma solução divulgando um processo de preparação de um concentrado aquoso de branqueador óp- tico/PVOH que compreende as etapas seqüenciais de: (a) fornecer uma composição aquosa de branqueador óptico que inclui água e ingrediente ativo branqueador óptico, em que o ingrediente ativo branqueador óptico está tipicamente presente na composição aquosa de branqueador óptico em uma quantidade de desde aproximadamente 10% até aproximadamente 25%; (b) misturar uma resina de álcool polivinílico com a dita composição branqueador óptico em uma quantidade de aproximadamente 1 parte de re- sina seca de álcool polivinílico por 0,25 a 10 partes úmidas de composição aquosa de branqueador óptico para fornecer uma resina de concentrado a- quoso de álcool polivinílico nascente e branqueador óptico e (c) cozinhar o concentrado aquoso para dissolver os sólidos (isto é, para fornecer uma so- lução aquosa que contém branqueador óptico e 9,1-80% de álcool poliviníli- co). O processo permite a preparação de composição para revestimentos pigmentada com menor teor de água sem comprometer o brilho e a cor.
O WO 2005/056658, no entanto não fornece uma solução satis- fatória para o fabricante de papel, que tipicamente desejaria adicionar e me- dir a solução de branqueador óptico/PVOH diretamente à composição para revestimento; as soluções aquosas que contêm branqueador óptico e mais do que 9% de PVOH são geralmente de viscosidade tão alta que elas po- dem ser bombeadas apenas com dificuldade, se for o caso. Os fabricantes de papel tipicamente não são capazes de usar líquidos com uma viscosida- de maior do que 1.000 mPa.s não apenas por causa das dificuldades de bombeamento, porém também por causa do espessamento por choque, shock thickening quando um líquido de viscosidade tão alta for introduzidos na composição para revestimento.
O problema de fornecer uma solução aquosa de branqueador óptico/PVOH que combina boa capacidade de formação de bilho com baixa viscosidade continua precisando ser resolvido.
Foi descoberto agora que é possível produzir soluções de bran- queador óptico/PVOH de baixa viscosidade que podem ser usads diretamen- te pelo fabricante de papel, pelo fato de que elas podem ser medidas e adi- cionadas pela bomba diretamente a uma composição para revestimento e que fornecem papéis revestidos de uma brancura surpreendentemente alta.
A invenção assim fornece soluções aquosas de branqueador óptico que consistem essencialmente em
(a) entre 10 e 50% em peso de pelo menos um branqueador óp- tico de formula (1) N R-
N-
MO,S ' N N
H
N ·: MO3S
N
H
H (1)
,;■.......Ν
SO3M ;.......N
N N :SO1M
N H
R"
em que
M é hidrogênio, um átomo de metal alcalino, amônio ou um cá- tion derivado de uma amina, de preferência hidrogênio ou sódio, mais prefe- rivelmente sódio,
R1 é hidrogênio, Ci-C4 alquila ou C2-C4 hidroxialquila e R2 é Cr
C4 alquila que podem ser substituídas por um grupo -CN ou -CONH2 ou C2- C4 hidroxialquila ou
R1 e R2 juntamente com o átomo de nitrogênio completam um anel morfolino;
(b) entre 0,5 e 9% em peso de álcool polivinílico que tem um
grau de hidrólise de desde 60 até 85% e
(c) água.
NR1R2 é de preferência N(CH2CH2OH)2, N(CH2CH(CH3)OH)2, N(CH2CH2OH)CH2CH2CONH2 ou N(CH2CH(CH3)OH)CH2CH2CONH2 e mais preferivelmente é N(CH2CH2OH)2 ou N(CH2CH(CH3)OH)2.
As soluções aquosas podem conter até 10% em peso de sal, tipicamente cloreto de sódio, formado como um subproduto da produção do branqueador óptico.
As soluções aquosas também podem conter um ou mais anti- congelantes, biocidas, agentes complexantes ou outros aditivos, assim como subprodutos orgânicos formados durante a preparação do branqueador ópti- co. A solução aquosa também pode conter outros veículos, tal como polieti- Ieno glicol.
O álcool polivinílico de preferência tem um grau de hidrólise de desde 65 até 80% e uma viscosidade Brookfield de 2-40 mPa.s (solução a- quosa a 4% a 20°C). Mais preferivelmente, o álcool polivinílico tem um grau de hidrólise na faixa de 65-75% e uma viscosidade Brookfield de 2-20 mPa.s (solução aquosa a 4% a 20°C).
De preferência o teor de álcool polivinílico da solução está na faixa de 1 a 5%, mais preferivelmente na faixa de 1,5 a 4% em peso da solu- ção.
A concentração do branqueador óptico na solução está de prefe- rência na faixa de 15 a 40%, mais preferivelmente na faixa de 18 a 35% em peso da solução.
As soluções de branqueador óptico/PVOH são tipicamente obti- das pela adição do álcool polivinílico como um sólido a uma solução agitada do branqueador óptico em água e aquecimento até 90-95°C até que se for- me uma solução transparente.
O pH da solução aquosa é de preferência desde neutro até cla- ramente alcalino, em particular na faixa de pH 7 até pH 10. O pH pode, se necessário, ser ajustado pela Adição de bases M-correspondentes, por e- xemplo, hidróxidos ou carbonatos de metal alcalino, amônia ou aminas.
As soluções de branqueador óptico/PVOH da invenção são es- táveis em armazenagem e podem ser usadas diretamente como tal, pelo fato de que elas podem ser medidas e introduzidas pela bomba diretamente à composição para revestimento. Desse modo um outro objetivo da invenção é a adição das soluções de branqueador óptico/PVOH a composições para revestimento para se obter um papel revestido e branqueado opticamente.
Desse modo, a invenção também fornece um processo para a produção de papel revestido que é branqueado opticamente pelo menos no revestimento, em que uma composição para revestimento como descrita acima é aplicada como revestimento sobre papel depois da formação da fo- lha.
As composições para revestimento são essencialmente compo- sições aquosas que contêm pelo menos um aglutinante e um pigmento branco, em particular um pigmento branco agente de opacificação e podem adicionalmente conter outros aditivos, tais como agentes dispersantes, anti- espumantes e espessantes sintéticos. Embora seja possível produzir composições para revestimento que sejam livres de pigmentos brancos, os melhores substratos brancos pa- ra impressão são obtidos usando-se composições para revestimentos opa- cas que contêm 10-70% de pigmento branco em peso. Tais pigmentos bran- cos são geralmente pigmentos inorgânicos, por exemplo, silicatos de alumí- nio (caulim, também conhecido como argila branca para porcelana), carbo- nato de cálcio (giz), dióxido de titânio, hidróxido de alumínio, carbonato de bário, sulfato de bário ou sulfato de cálcio (gipsita).
Os aglutinantes podem ser qualquer um daqueles comumente usados na indústria de papel para a produção de composições para revesti- mento e podem consistir em um único aglutinante ou em uma mistura de aglutinantes primários e secundários. O aglutinante único ou primário é de preferência um látex sintético, tipicamente a um polímero de estireno- butadieno, acetato de vinila, estireno acrílico, vinil acrílico ou etileno acetato de vinila. O aglutinante secundário pode ser, por exemplo, amido, carboxi- metilcelulose, caseína, polímeros de soja, álcool polivinílico ou uma mistura de qualquer um dos acima.
O aglutinante único ou primário é usado em uma quantidade tipi- camente na faixa de 5-25% em peso de pigmento branco. O aglutinante se- cundário é usado em uma quantidade tipicamente na faixa de 0,1 - 10% em peso de pigmento branco.
O branqueador óptico de fórmula (1) é usado em uma quantida- de tipicamente na faixa de 0,01-1% em peso de pigmento branco, de prefe- rência na faixa de 0,05-0,5% em peso de pigmento branco. Exemplos
Os exemplos a seguir irão explicar a presente invenção com mais detalhes. Se não indicado de outra maneira, "%" e "partes" estão em peso; as viscosidades são medidas usando um viscosímetro de Brookfield. Exemplo Preparativo 1 A solução de branqueador óptico 1 é produzida por agitação de
25,9 partes de um branqueador óptico de fórmula (2), 72,0 partes de água e 2,1 partes de um álcool polivinílico que tem um grau de hidrólise de 71% e uma viscosidade de Brookfield de 5,4 mPa.s (solução aquosa a 4% a 20°C) mantendo aquecimento a 90-95°C, até que seja obtida uma solução transpa- rente que permanece estável depois do resfriamento até a temperatura a- mabiente. O pH da solução é ajustado até 9,0 com hidróxido de sódio.
N(CH-CH1OH)i
N
(2)
■N h (HCCH1CHj^N
A viscosidade da solução é de 97 mPa.s a 20°C e 211 mPa.s a
IO0 C.
Exemplo Preparativo 2
Exemplo Comparativo (sem álcool polivinílico)
A solução de branqueador óptico 2 é produzida por agitação de 25,9 partes de um branqueador óptico de fórmula (2) e 74,1 par-
tes de água. O pH da solução é ajustado até 9,0 com hidróxido de sódio. Exemplo de Aplicação
É preparada uma composição para revestimento que contém 500 partes de giz (comercialmente disponível sob o nome comercial Hydro- carb 90 da OMYA), 500 partes de argila (comercialmente disponível sob o nome comercial Kaolin SPS da IMERYS), 470 partes de água, 6 partes de agente dispersante (um sal de sódio de um ácido poliacrílico comercialmente disponível sob o nome comercial Polysalz S da BASF), 200 partes de látex a 50% (um copolímero de estireno butadieno comercialmente disponível sob o nome comercial DL 921 da Dow) e 50 partes de uma solução a 10% de car- boximetil celulose (comercialmente disponível sob o nome comercial Finnfix 5.0 da Noviant) em água. O teor de sólidos é ajustado até 60% pela adição de água e o pH é ajustado até 8-9 com hidróxido de sódio.
As soluções de branqueadores ópticos 1 e 2, obtidas como des- crito nos Exemplos Preparativos 1 e 2, respectivamente, são adicionados na faixa de concentração de 0,4 a 1,0% em peso de sólidos secos à composi- ção para revestimento agitada. A composição para revestimento branqueada é então aplicada a uma folha base de papel branco colado neutro a 75 gsm usando-se um aplicador de barra enrolada com arame automático com um ajuste de velocidade padrão e uma carga padrão sobre a barra. O papel re- vestido é então seco durante 5 minutos em um fluxo de ar quente. O papel seco é deixado se condicionar, então medida a Brancura CIE em um espec- trofotômetro Elrepho calibrado.
Tabela 1
Cone. de sol. de OBA em peso de sólidos secos (%) Cone. de sol. de OBA (2) em peso de sóli- dos secos (%) Brancura CIE usando sol. 1 Brancura CIE usando sol. 2 (Comparativa) 0,4 0,104 88,7 86,9 0,6 0,155 89,9 88,2 0,8 0,207 91,8 89,1 1,0 0,259 92,7 88,5
Os presentes resultados demonstram claramente a surpreen-
dente superioridade em brancura dos papéis revestidos obtidos usando-se as presentes soluções que contêm apenas 2,1% de álcool polivinílico em peso.
Exemplos Preparativos 3-5 As soluções de branqueador óptico 3-5 que contêm 12,3% de
agente de brilho óptico ativo são produzidas por agitação de 12,3 partes de um branqueador óptico de fórmula (2),
(87,7-x) partes de água e χ partes de um álcool polivinílico que tem um grau de hidrólise de 85,2% e uma viscosidade de Brookfield de 3,7 mPa.s (solu- ção aquosa a 4% a 20°C) mantendo aquecimento a 90-95°C, até que seja obtida uma solução transparente que permanece estável depois do resfria- mento até a temperatura ambiente. O pH de cada solução é ajustado até 9,0 com hidróxido de sódio. A viscosidade de cada solução é apresentada na tabela 2.
Tabela 2 Número do E- xemplo Cone. de PVOH em peso de solução (%) Viscosidade (20°C) Viscosidade (10°C) 3 3,2 21,6 34,4 4 6,3 123,5 256,4 (Exemplo do W02005/056658) 9,5 4269 5089
Os presentes resultados demonstram claramente a vantagem das presentes soluções em termos de menor viscosidade e, consequente- mente, de capacidade de bombeamento.
Claims (10)
1. Soluções aquosas de branqueador óptico que consistem es- sencialmente em (a) entre 10 e 50% em peso de pelo menos um branqueador óp- 5 tico de formula (1) <formula>formula see original document page 10</formula> em que M é hidrogênio, um átomo de metal alcalino, amônio ou um cá- tion derivado de uma amina, R1 é hidrogênio, CrC4 alquila ou C2-C4 hidroxialquila e R2 é C1-C4 alquila que pode ser substituída por um grupo -CN ou -CONH2 ou C2-C4 hidroxialquila ou R1 e R2 juntamente com o átomo de nitrogênio completam um anel morfolino; (b) entre 0,5 e 9% em peso de álcool polivinílico que tem um grau de hidrólise de desde 60 até 85% e (c) água.
2. Soluções de acordo com a reivindicação 1, em que M é sódio, NR1R2 é N(CH2CH2OH)2, N(CH2CH(CH3)OH)2, N(CH2CH2OH)CH2CH2CONH2 ou N(CH2CH(CH3)OH)CH2CH2CONH2 e em que o álcool polivinílico tem um grau de hidrólise de desde 65 até 80% e uma viscosidade de Brookfield de 2-40 mPa.s.
3. Soluções de acordo com a reivindicação 1, em que M é sódio, NR1R2 é N(CH2CH2OH)2 ou N(CH2CH(CH3)OH)2 e em que o álcool poliviníli- co tem um grau de hidrólise de desde 65 até 75% e uma viscosidade de Brookfield de 2-20 mPa.s.
4. Soluções de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3 em que a concentração do álcool polivinílico é de desde 1 até 5% em peso e em que a concentração do branqueador óptico é de desde 15 até 40% em peso.
5. Soluções de acordo com a reivindicação 4, em que a concen- tração do álcool polivinílico é de desde 1,5 até 4% em peso e em que a con- centração do branqueador óptico é de desde 18 até 35% em peso.
6. Uso de soluções como definido em qualquer uma das reivindi- cações anteriores para composições para revestimento para papel.
7. Processo para a produção de papel revestido, em que uma composição para revestimento que contém uma solução como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5 é aplicada sobre papel depois da for- mação da folha.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, em que a compo- sição para revestimento contém desde 10 até 70% em peso de um ou mais pigmentos brancos.
9. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, em que a composição para revestimento contém um aglutinante primário baseado em látex sintético selecionado entre um polímero de estireno-butadieno, acetato de vinila, estireno acrílico, vinil acrílico ou etileno acetato de vinila ou adicio- nalmente um aglutinante secundário selecionado entre amido, carboximetil- celulose, caseína, polímeros de soja ou álcool polivinílico ou uma mistura de qualquer um dos acima.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, em que o aglutinante primário é usado em uma quantidade de desde 5 até 25% em peso de pigmento branco, em que o aglutinante secundário é usado em uma quantidade de desde 0,1 até 10% em peso de pigmento branco e em que o branqueador óptico de formula (1) é usado em uma quantidade de desde 0,01 até 1% em peso de pigmento branco, de prefe- rência de desde 0,05 até 0,5% em peso de pigmento branco.
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