ES2625625T3 - Procedimiento para potenciar la resistencia en seco del papel mediante tratamiento con polímeros que contienen vinilamina y polímeros que contienen acrilamida - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de papel, cartón y cartulina con mejorada resistencia en seco que comprende añadir al extremo húmedo de una máquina de fabricación de papel (a) un polímero en disolución acuosa que contiene vinilamina que tiene un peso molecular de desde 75 000 daltons hasta 750 000 daltons y (b) un polímero en disolución acuosa anfótero que contiene acrilamida que tiene un peso molecular desde 75000 daltons hasta 1 500 000 daltons, en el que la suma de los monómeros aniónicos y catiónicos incorporados al polímero que contiene acrilamida comprenden desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base molar de todos los monómeros incorporados al polímero que contiene acrilamida, en el que el polímero en disolución acuosa es un polímero que forma una disolución completamente homogénea en agua cuando se diluye hasta el 1 % sobre una base de sólidos secos.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para potenciar la resistencia en seco del papel mediante tratamiento con poffmeros que contienen vinilamina y poffmeros que contienen acrilamida
Campo de la invencion
Esta invencion se refiere a la mejora de la resistencia en seco del papel usando un procedimiento de tratamiento de una lechada de pasta con una combinacion de un poffmero que contiene vinilamina y un poffmero anfotero que contiene acrilamida.
Antecedentes de la invencion
La industria de fabricacion de papel esta buscando constantemente nuevos aditivos sinteticos para mejorar la resistencia en seco de los productos de papel. Una resistencia en seco mejorada puede proporcionar un producto de mayor rendimiento, pero tambien puede permitir que el fabricante de papel use menos fibra celulosica para lograr un objetivo de rendimiento particular. Ademas, el mayor uso de fibra reciclada da como resultado una hoja mas debil, obligando al fabricante de papel a aumentar el peso base de la hoja o a emplear aditivos sinteticos que aporten resistencia. Las opciones que se conocen tienen diversas limitaciones economicas y tecnicas. Por ejemplo, segun la patente estadounidense n.° 6.939.443, el uso de combinaciones de resinas de poliamida-epiclorhidrina (PAE) con aditivos de poliacrilamida anionica con densidades de carga y pesos moleculares espedficos puede potenciar la resistencia en seco de un producto de papel. Sin embargo, estas combinaciones tambien pueden elevar la resistencia en humedo del papel resultante hasta el punto que el reprocesamiento del papel de desecho sea extremadamente diffcil e ineficaz.
Es ampliamente conocido que los poffmeros de acrilamida o copoffmeros que incorporan acrilamida y un monomero tal como cloruro de dialildimetilamonio, cuando se tratan con un compuesto de dialdetffdo tal como glioxal, dan como resultado resinas que tambien pueden potenciar significativamente la resistencia en seco del papel, a pesar de que tienen propiedades de resistencia en humedo permanente muy limitadas, permitiendo que el fabricante de papel reprocese facilmente el papel de desecho. Sin embargo, estas resinas tambien tienen sus limitaciones. Estos aditivos tienen una vida util muy corta debido a la inestabilidad de la viscosidad o se envfan con un contenido de solidos activos muy bajo. Ademas, cuando se anaden en mayores cantidades, el rendimiento de tales poffmeros que contienen acrilamida modificados con dialdetffdo tiende a alcanzar un ffmite, produciendo un producto de alto rendimiento diffcil de fabricar.
Las resinas de polivinilamina se han vuelto populares en la industria de fabricacion de papel no solo porque confieren a una hoja un aumento de la resistencia en seco, sino tambien debido a su facil manipulacion y aplicacion, asf como al aumento de la retencion y el drenaje que proporcionan a la maquina de fabricacion de papel. Sin embargo, cuando se anaden en cantidades cada vez mayores, tienen el efecto negativo de sobreflocular la hoja debido a la pesada carga cationica que portan estas resinas. La sobrefloculacion da como resultado un producto acabado mas debil y formado de manera deficiente.
Otras invenciones han tratado de aumentar los efectos positivos de la polivinilamina. Segun la patente estadounidense n.° 6.824.650 y la patente europea n.° 1.579.071, la combinacion de polivinilamina con resinas de poliacrilamida glioxalada en una lechada de pasta da como resultado un producto con mayor resistencia en seco. Sin embargo, los inconvenientes mencionados anteriormente de las poliacrilamidas glioxaladas, concretamente los solidos con bajo contenido en componente activo del producto y la limitada estabilidad de la viscosidad del producto, estan claramente en juego.
La patente estadounidense n.° 6.132.558 divulga un sistema de fabricacion de papel en el que una lechada de pasta se trata en primer lugar con un poffmero altamente cationico, incluyendo poffmeros que contienen vinilamina, de masa molar de 5000 a 3 000 000 daltons y posteriormente con un segundo poffmero cationico que contiene acrilamida de masa molar de mas de 4 000 000 daltons, sometido a una etapa de cizallamiento, para posteriormente tratarse con un agente de floculacion inorganico finamente dividido, tal como bentonita, sflice coloidal o arcilla.
La publicacion de patente estadounidense 2008/0000601 divulga un procedimiento de fabricacion de papel en el que la lechada de pasta se trata con un poffmero, incluyendo poffmeros que contienen vinilamina, con una masa molar de mas de 1 000 000 daltons, asf como con un segundo poffmero, incluyendo poffmeros cationicos que contienen acrilamida, con una masa molar de mas de 2 500 000 daltons, todo ello en ausencia de agentes de floculacion inorganicos finamente divididos.
La patente estadounidense n.° 6.746.542 divulga un metodo de fabricacion de papel en el que una lechada de pasta se trata con almidon que se ha modificado a una temperatura por encima de la temperatura de gelatinizacion del almidon con un poffmero altamente cationico, incluyendo poffmeros que contienen vinilamina, con una masa molar de menos de 1 000 000 daltons. La lechada de pasta se trata posteriormente con un segundo poffmero, incluyendo poffmeros cationicos que contienen acrilamida, con una masa molar de mas de 1 000 000 daltons.
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La publicacion de patente estadounidense 2008/0196852 divulga un sistema de adyuvante de retencion para la fabricacion de papel que comprende al menos un polfmero, incluyendo poKmeros que contienen vinilamina, al menos un poKmero anionico lineal con una masa molar de mas de 1 000 000 daltons y al menos un polfmero organico, reticulado, anionico y particulado.
La combinacion de polfmeros que contienen vinilamina con polfmeros que contienen acrilamida puede ser el medio mas sencillo y el mas eficaz para producir un producto de papel de alto rendimiento, mientras se mantiene la productividad de la maquina de fabricacion de papel y el reprocesamiento del papel de desecho. Sin embargo, ejemplos de la tecnica anterior que pueden incluir estos polfmeros tiene inconvenientes significativos. Por ejemplo, los ejemplos previos pueden requerir aparatos de dosificacion especiales, etapas adicionales para tratar el almidon antes de anadirlo a la lechada de pasta o polfmeros de alta masa molar que pueden dar como resultado una sobrefloculacion de la lechada de pasta cuando se anade en cantidades suficientes como para afectar a la resistencia en seco.
Breve descripcion de la invencion
El tratamiento de una lechada de pasta con un polfmero en disolucion acuosa que contiene vinilamina en combinacion con polfmeros en disolucion acuosa anfoteros que contienen acrilamida da como resultado un papel con una mejorada resistencia en seco.
Esta combinacion proporciona la mayor eficacia cuando el contenido en solidos de polfmero activos del polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida oscila entre el 5 % y el 50 % en peso y el contenido de la suma de los monomeros cationicos y anionicos en el polfmero que contiene acrilamida oscila entre el 5 % y el 50 % sobre una base molar del contenido monomerico total y el peso molecular del polfmero que contiene acrilamida oscila entre 75 000 daltons y 1 500 000 daltons.
El polfmero que contiene vinilamina proporciona la mayor eficacia cuando contiene al menos el 50 % sobre una base molar de monomero de W-vinilformamida, al menos el 10 % del mismo se ha hidrolizado en el producto final y tiene un peso molecular que oscila entre 75 000 daltons y 750 000 daltons. La disolucion acuosa que contiene el polfmero que contiene vinilamina tiene un contenido total de solidos de polfmero desde el 5 % hasta el 30 % en peso.
La invencion es un procedimiento para la produccion de papel, carton y cartulina con mejorada resistencia en seco que comprende anadir al extremo humedo de una maquina de fabricacion de papel de (a) un polfmero en disolucion acuosa que contiene vinilamina que tiene un peso molecular desde 75 000 daltons hasta 750 000 daltons y (b) un polfmero en disolucion acuosa anfotero que contiene acrilamida que tiene un peso molecular desde 75.000 daltons hasta 1 500 000 daltons, en el que la suma de los monomeros anionicos y cationicos incorporados al polfmero que contiene acrilamida comprende desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base molar de todos los monomeros incorporados al polfmero que contiene acrilamida, en el que el polfmero en disolucion acuosa es un polfmero que forma una disolucion completamente homogenea en agua cuando se diluye hasta el 1 % sobre una base de solidos secos.
En una realizacion del procedimiento, el polfmero que contiene vinilamina tiene un contenido en W-vinilformamida de al menos el 50 % sobre una base molar del monomero total cargado, al menos el 10 % del mismo se ha hidrolizado en el polfmero final y un contenido de polfmero activo desde el 5 % hasta el 30 % sobre una base de peso.
En una realizacion del procedimiento, el polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida contiene una carga monomerica cationica y/o anfotera total desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base molar y tiene un contenido de polfmero activo desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base de peso.
En una realizacion del procedimiento, el polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida es de un polfmero en dispersion acuosa.
En una realizacion del procedimiento, el polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida contiene una carga monomerica cationica desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base molar, tiene un contenido de polfmero activo desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base de peso y comprende al menos un monomero cationico seleccionado del grupo que consiste en cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), acrilato de 2-(dimetilamino)etilo, metacrilato de 2- (dimetilamino)etilo, acrilato de 2-(dietilamino)etilo, metacrilato de 2-(dietilamino)etilo, acrilato de 3-(dimetilamino)propilo, metacrilato de 3-(dimetilamino)propilo, acrilato de 3-(dietilamino)propilo, metacrilato de 3-(dietilamino)propilo, W-[3- (dimetilamino)propil]acrilamida, W-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, W-[3-(dietilamino)propil]acrilamida, W-[3-
- (dietilamino)propil]metacrilamida,
- cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [2-
- (metacriloiloxi)etil]trimetilamonio,
- cloruro de [3-(acriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de [3-
- (metacriloiloxi)propil]trimetilamonio, (metacrilamidopropil)trimetilamonio.
- cloruro de 3-(acrilamidopropil)trimetilamonio y cloruro de 3-
En una realizacion del procedimiento, la disolucion acuosa anfotera que contiene acrilamida se compone por un complejo polielectrolttico que consiste en un polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida y un cofactor que porta una carga opuesta.
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En una realizacion del procedimiento, el poUmero que contiene vinilamina y el poUmero que contiene acrilamida son una mezcla de productos individuales y la parte cationica del poUmero anfotero que contiene acrilamida se genera a partir de al menos un monomero seleccionado del grupo que consiste en cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), N-[3- (dimetilamino)propil]acrilamida, N-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, N-[3-(dietilamino)propil]acrilamida, N-[3-
(dietilamino)propil]metacrilamida, cloruro de 3-(acrilamidopropil)trimetilamonio y cloruro de 3- (metacrilamidopropil)trimetilamonio.
En una realizacion del procedimiento, el polfmero que contiene vinilamina y el polfmero que contiene acrilamida se anaden al extremo humedo de una maquina de fabricacion de papel en una relacion entre el poUmero que contiene vinilamina y el polfmero que contiene acrilamida desde 10:1 hasta 1:50 hasta un total del 1,25% sobre una base de peso de la pasta de papel seca, basandose en los solidos de polfmero activos de los productos polimericos.
Descripcion detallada de la invencion
Tal como se usa en el presente documento, los terminos en singular “uno/una” y “el/la” son sinonimos y se usan de manera intercambiable con “uno/una o mas” o “al menos uno/una” a menos que el contexto indique claramente que significa lo contrario. Por consiguiente, por ejemplo, la referencia a “un compuesto” en el presente documento o en las reivindicaciones adjuntas puede referirse a un unico compuesto o a mas de un compuesto.
Tal como se usa en el presente documento y a menos que se indique de otro modo, se entiende que los terminos “polfmeros que contienen vinilamina" significan homopolfmeros de vinilamina (por ejemplo, polivinilamina o polivinilformamida completamente hidrolizada), copolfmeros de vinilamina con otros comonomeros, polivinilformamida parcialmente hidrolizada, copolfmeros de vinilformamida parcialmente hidrolizados, terpolfmeros de vinilamina, homo- y copolfmeros de vinilamina fabricados mediante la modificacion de Hofmann de polfmeros de acrilamida o polfmeros que contienen vinilamina que se modifican qmmicamente despues de la polimerizacion. Los ejemplos pueden incluir aquellos descritos en la publicacion de patente estadounidense numero 2009/0043051 o numero 2008/0196851.
Tal como se usa en el presente documento y a menos que se indique de otro modo, el termino “polfmero que contienen acrilamida” se refiere al polfmero en disolucion acuosa anfotero que contiene acrilamida.
Tal como se usa en el presente documento y a menos que se indique de otro modo, el termino “polfmero en disolucion acuosa” se refiere a un polfmero que forma una disolucion completamente homogenea en agua cuando se diluye hasta el 1 % sobre una base de solidos secos, en ausencia de cualquier codisolvente. Por ejemplo, un polfmero en disolucion acuosa no incluye emulsiones de aceite en agua o de agua en aceite. Los ejemplos de polfmeros en disolucion acuosa pueden incluir polfmeros en dispersion acuosa, tal como se describe en las patentes estadounidenses 5.541.252 y 7.323.510, asf como en las publicaciones de patente estadounidenses numero 2002/198317 y numero 2008/0033094.
La invencion se basa en el descubrimiento de que el rendimiento de una maquina de fabricacion de papel y los productos de papel obtenidos de ese modo pueden mejorarse enormemente mediante el tratamiento de la lechada de pasta con un polfmero que contiene vinilamina en combinacion con un polfmero que contiene acrilamida con un peso molecular y atributos de carga particulares, tal como se describe a continuacion. El uso de un polfmero que contiene vinilamina solo proporciona rendimiento de resistencia y de drenaje en el sistema de fabricacion de papel; sin embargo, cuando se anade en cantidades cada vez mayores, el rendimiento del producto de papel alcanza un lfmite en primer lugar y luego se deteriora, debido en gran medida a la sobrefloculacion de la banda de papel en formacion. Se ha hallado inesperadamente que la adicion de polfmero que contiene vinilamina junto con la adicion de polfmeros en disolucion acuosa que contienen acrilamida que tienen una carga anfotera sustancial da como resultado un producto con rendimiento de resistencia que va mas alla de la que puede lograrse usando polfmeros que contienen vinilamina o que contienen acrilamida solos; ademas, el excelente rendimiento de drenaje logrado usando un polfmero que contiene vinilamina puede mantenerse sustancialmente usando dicha combinacion de polfmeros.
El polfmero que contiene vinilamina proporciona la mayor eficacia cuando su peso molecular es desde 75 000 daltons hasta 750 000 daltons, mas preferiblemente desde 100 000 daltons hasta 600 000 daltons, lo mas preferiblemente desde 150 000 daltons hasta 500 000 daltons. El peso molecular puede ser desde 150 000 daltons hasta 400 000 daltons. Por debajo del umbral de peso molecular de 75 000 daltons, se observa poco o ningun rendimiento de resistencia y no se observa una mejora sustancial del rendimiento de drenaje. El polfmero que contiene vinilamina no se somete a coccion con el almidon antes de anadirlo a la lechada de pasta. Un polfmero que contiene vinilamina con un peso molecular por encima de 750 000 daltons, en general, afectara negativamente a la formacion en las dosificaciones requeridas para una mejora de la resistencia en seco debido a la tendencia a sobreflocular la hoja, dando como resultado una menor resistencia. Un polfmero en disolucion acuosa que contiene vinilamina de mas de 750 000 daltons o se produce normalmente con viscosidades tan altas que hacen que la manipulacion del producto sea extremadamente diffcil o alternativamente se produce con un contenido de solidos de polfmero de producto tan bajo que hace que no sea rentable almacenar y enviar el producto.
El porcentaje de solidos de polfmero activos del polfmero que contiene vinilamina oscila entre el 5 % y el 30 %, mas preferiblemente entre el 8 % y el 20 % en peso del contenido total de producto de polfmero que contiene vinilamina. Por
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debajo del 5 % de solidos de poKmero activos, pueden ser posibles poKmeros en disolucion acuosa de mayor peso molecular, pero el producto se vuelve ineficaz cuando se tienen en cuenta los costes de envfo y transporte. Por otro lado, a medida que aumentan los solidos de poKmero activos, el peso molecular del polfmero debe disminuir globalmente de manera que la disolucion acuosa siga siendo facilmente bombeable. Por tanto, puede establecerse una relacion practica entre los solidos de polfmero totales del producto de polfmero que contiene vinilamina y el peso molecular de dicho polfmero y puede establecerse una correlacion entre estos parametros y el rendimiento del polfmero.
El rendimiento del polfmero que contiene vinilamina depende de la cantidad de amina primaria presente en el producto. El resto de vinilamina se genera normalmente mediante hidrolisis acida o basica de grupos W-vinilacilamida, tales como W-vinilformamida, W-vinilacetamida o W-vinilpropionamida, lo mas preferiblemente W-vinilformamida. El poUmero que contiene vinilamina proporciona la mayor eficacia en la mejora de la resistencia en seco de un producto de papel y/o del rendimiento de drenaje de un sistema de fabricacion de papel cuando la cantidad de W-vinilformamida es de al menos el 50 % sobre una base molar del polfmero hidrolizado. Despues de la hidrolisis, al menos el 10 % de la W-vinilformamida incorporada originariamente en el polfmero resultante debe hidrolizarse. Sin querer limitarse a una teona, el grupo W- vinilformamida hidrolizado puede existir en diversas estructuras en el producto de polfmero final, tales como estructuras de amina, amidina, guanidina o amida primarias o sustituidas, en formas de cadena abierta o dclicas despues de la hidrolisis.
El polfmero que contiene acrilamida proporciona la mayor eficacia cuando contiene una cantidad sustancial de comonomero(s) cargado(s) positivamente. Sin querer limitarse a una teona, el monomero cargado positivamente permite que el polfmero que contiene acrilamida se adhiera a las fibras de celulosa debido a una interaccion carga-carga con sustancias cargadas negativamente de la lechada de pasta, incluyendo, pero sin limitarse a: fibras de pasta de papel, hemicelulosa, almidon oxidado que se encuentra normalmente en la celulosa reciclada, adyuvantes de resistencia anionica tales como carboximetilcelulosa y desechos anionicos. La incorporacion de grupos cationicos al polfmero que contiene acrilamida, en general, no es perjudicial para el rendimiento de drenaje del sistema de fabricacion de papel. Sin querer limitarse a una teona, los componentes con enlaces de hidrogeno del polfmero que contiene acrilamida, tales como grupos amida, son eficaces en la mejora de la resistencia en seco del producto de papel.
Los comonomeros adecuados usados para conferir carga cationica al polfmero incluyen, pero no se limitan a, cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), acrilato de 2-(dimetilamino)etilo, metacrilato de 2-(dimetilamino)etilo, acrilato de 2- (dietilamino)etilo, metacrilato de 2-(dietilamino)etilo, acrilato de 3-(dimetilamino)propilo, metacrilato de 3- (dimetilamino)propilo, acrilato de 3-(dietilamino)propilo, metacrilato de 3-(dietilamino)propilo, W-[3- (dimetilamino)propil]acrilamida, W-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, W-[3-(dietilamino)propil]acrilamida, W-[3-
(dimetilamino)propil]metacrilamida, cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [2- (metacriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [3-(acriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de [3- (metacriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de 3-(acrilamidopropil)trimetilamonio y cloruro de 3- (metacrilamidopropil)trimetilamonio. Tales monomeros cationicos pueden afectar al rendimiento del polfmero anfotero cuando se incorporan a la estructura principal del polfmero.
En el polfmero anfotero, la cantidad del monomero cationico mas la cantidad de un monomero anionico descrito a continuacion puede ser desde el 5 % hasta el 50 %, mas preferiblemente desde el 15 % hasta el 40 %, sobre una base molar de todos los monomeros incorporados al polfmero que contiene acrilamida. El polfmero que contiene acrilamida puede reticularse con un agente tal como metilen-bisacrilamida (MBA), siempre que se cumplan las directrices de peso molecular y carga, tal como se describe en el presente documento.
La incorporacion de un comonomero anionico al polfmero que contiene acrilamida junto con el comonomero cationico, formando un polfmero anfotero que contiene acrilamida, tambien es eficaz para mejorar la resistencia en seco de un producto de papel producido de ese modo. Sin querer limitarse a una teona, el comonomero anionico permite que el polfmero anfotero forme un complejo de coacervado con una amplia variedad de sustancias que se encuentran en una lechada de pasta reciclada, incluyendo, pero sin limitarse a: un polfmero que contiene vinilamina, un floculante o coagulante cargado de manera cationica, almidon cationico o anfotero, adyuvantes de resistencia en humedo de poliamidoamina-epiclorhidrina u otro polfmero anfotero que contiene acrilamida. Ademas, la combinacion de monomeros cationicos y anionicos en el polfmero que contiene acrilamida mejora o no afecta negativamente al rendimiento de drenaje de un sistema de fabricacion de papel en comparacion con un polfmero que contiene acrilamida que solo usa un comonomero anionico. Los comonomeros anionicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, acido acnlico, acido metacnlico, acido itaconico, anhfdrido itaconico, anhfdrido maleico, acido maleico, sulfonato de estireno, sulfonato de vinilo, sulfonato de 2-acrilamido-2-metilpropano (AMPS). Alternativamente, tales subestructuras pueden generarse mediante hidrolisis de una estructura precursora (por ejemplo, generacion de acido metacnlico en la estructura principal del polfmero mediante hidrolisis de metacrilato de metilo despues de la polimerizacion formal). La cantidad de monomero cargado incorporado al polfmero que contiene acrilamida puede afectar al rendimiento del polfmero. Tales monomeros anionicos pueden usarse en un polfmero anfotero que contiene acrilamida y la cantidad del monomero anionico mas la cantidad de un monomero cationico descrito a continuacion puede ser desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base molar de todos los monomeros incorporados al polfmero que contiene acrilamida. El polfmero que contiene acrilamida puede reticularse con un agente tal como metilen-bisacrilamida (MBA), siempre que se cumplan las directrices de peso molecular y carga, tal como se describe en el presente documento.
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Las propiedades de un poftmero anfotero en disolucion acuosa que contiene acrilamida tal como se definio anteriormente tambien pueden producirse eficazmente mediante el uso de un complejo polielectrolftico que contiene acrilamida. Cuando se combina con un poftmero que contiene vinilamina, dicho complejo polielectrolftico de que contiene acrilamida tambien puede producir beneficios similares a los descritos anteriormente cuando se combinan poftmeros que contienen vinilamina con poftmeros cationicos o anfoteros que contienen acrilamida. Aunque se han divulgado complejos polielectrolfticos de diversas formas, tal como en la publicacion de patente europea n.° 1.918.455 A1, en el presente documento se divulga el resultado inesperado de eficacia de tales complejos polielectrolfticos en la generacion de resistencia en seco, que va mas alla de lo que el complejo polielectrolftico puede proporcionar por sf mismo y que puede lograrse cuando se usan en combinacion con poftmeros que contienen vinilamina. Un complejo polielectrolftico que contiene acrilamida contiene un poftmero que contiene acrilamida de carga cationica, anfotera o anionica, asf como un segundo poftmero de carga complementaria. Por ejemplo, un poftmero anionico que contiene acrilamida producido mediante polimerizacion de acrilamida con uno de los monomeros anionicos adecuados enumerados anteriormente puede formar un complejo polielectrolftico con un poftmero cationico, que puede incluir o no acrilamida. Tales poftmeros cationicos incluyen, pero no se limitan a, poftmeros de alquilamina-epiclorhidrina, poftmeros cationicos que contienen acrilamida tal como se describio anteriormente, poftmeros de poliamidoamina-epiclorhidrina y poftmeros de polietilenimina. El complejo polielectrolftico que contiene acrilamida tambien puede comprender un poftmero cationico que contiene acrilamida y un poftmero anionico. Tales poftmeros anionicos incluyen, pero no se limitan a, poftmeros y copoftmeros de acido (met)acnlico, poftmeros y copoftmeros de acido maleico y carboximetilcelulosa. El complejo polielectrolftico que contiene acrilamida puede anadirse a la lechada para la fabricacion de papel como un producto combinado individual o como dos productos independientes, lo mas preferiblemente como un producto combinado individual. El complejo polielectrolftico anfotero porta una carga neta, expresada en miliequivalentes por gramo (meq/g) de contenido de poftmero activo. El complejo polielectrolftico anfotero, en general, presenta la mayor estabilidad y utilidad en combinacion con poftmeros que contienen vinilamina cuando la carga neta esta en el intervalo desde -2 meq/g hasta +2 meq/g, mas preferiblemente desde -1 meq/g hasta +1 meq/g. El tamano de partfcula tambien es un parametro importante del complejo polielectrolftico anfotero. El complejo presenta la mayor utilidad cuando el tamano de partfcula oscila entre 0,1 micras y 50 micras, mas preferiblemente entre 0,2 y 5 micras. Otras directrices para solidos de poftmero activos, los metodos preferidos para anadir el poftmero que contiene acrilamida a la lechada de pasta y la relacion entre el poftmero que contiene vinilamina y el poftmero que contiene acrilamida se aplican a la formulacion total del complejo polielectrolftico que contiene acrilamida, no solo a la parte del poftmero que contiene acrilamida del complejo.
El poftmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida, tanto si se trata de manera caractenstica de un poftmero anfotero o de un complejo polielectrolftico anfotero tal como se definio anteriormente, mejora mas eficazmente la resistencia en seco de un producto de papel cuando su peso molecular es mayor de 75 000 daltons. Un peso molecular menor de 75 000 daltons no se conserva facilmente en la hoja y, sobre todo, no confiere al papel unas propiedades de resistencia en seco significativas, aunque podna fabricarse de tal manera que presentara un contenido en solidos de poftmero por encima del 50 % sobre una base de peso. Sin embargo, un poftmero que contiene acrilamida de mas de 1 500 000 daltons, y especialmente de mas de 2 500 000 daltons puede mostrar inconvenientes significativos. Aunque, a menores dosificaciones, tales poftmeros de alta masa molar pueden proporcionar un buen rendimiento de drenaje, lograr una alta resistencia en seco requiere normalmente mayores dosificaciones de poftmeros. Un poftmero de este tipo puede sobreflocular significativamente la hoja cuando se anade a una dosificacion que podna tener un impacto significativo sobre la resistencia en seco, dando como resultado de ese modo una formacion deficiente y/o una resistencia en seco deficiente. En una realizacion, los pesos moleculares de los poftmeros cationicos o anfoteros en disolucion acuosa que contienen acrilamida, pueden estar en el intervalo desde 75 000 hasta menos de 1 500 000 daltons o pueden ser desde 100 000 hasta menos de 1 250 000 daltons o pueden ser desde 100 000 hasta menos de 1 000 000 daltons. Ademas, un poftmero de este peso molecular, en general, se sintetiza mediante polimerizacion en emulsion o emulsion inversa, anadiendo de ese modo unos costes, inconveniencias y riesgo ambiental y de seguridad significativos. Por ejemplo, en la formulacion de un producto de emulsion inversa se requiere petroleo u otro hidrocarburo, tal como aceite mineral, que anade un coste significativo al producto aunque por sf mismo no anada valor al producto; se requieren equipos de preparacion adicionales significativos usados para almacenar, agitar, diluir e invertir las emulsiones; se necesitan productos qmmicos adicionales para romper o invertir la emulsion; y los poftmeros de tipo emulsion o emulsion inversa tambien contienen cantidades significativas de compuestos organicos volatiles, generando un peligro significativo para la salud y/o seguridad. En teona, en un producto puede lograrse un poftmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida de peso molecular de mas de 1 500 000 daltons; sin embargo, un producto de este tipo tendna probablemente menos del 5 % de solidos de poftmero, haciendo que un producto de este tipo sea menos util, rentable y conveniente para un fabricante de papel o comprendena una viscosidad tan alta que la manipulacion del producto sena extremadamente diffcil. Por tanto, en general, existe una relacion practica entre los solidos de poftmero totales y el peso molecular y puede establecerse una correlacion general entre estos parametros y el rendimiento del poftmero.
En una realizacion, el poftmero que contiene acrilamida es un poftmero en dispersion acuosa. Los poftmeros que contienen acrilamida producidos mediante polimerizacion en dispersion acuosa de naturaleza anfotera son de especial importancia practica cuando se combinan con poftmeros que contienen vinilamina. Se describen ejemplos espedficos en la patente estadounidense n.° 7.323.510, asf como en la publicacion de patente estadounidense n.° 2008/0033094. Estos poftmeros en disolucion acuosa pueden tener pesos moleculares desde 300 000 daltons hasta 1 500 000 daltons o desde 400 000 daltons hasta menos de 1 250 000 daltons, mientras se mantiene un contenido en solidos de poftmero
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desde el 10 % hasta el 50 % sobre una base de peso. Estos poUmeros tienen un peso molecular que es algo menor que el de los floculantes tradicionales y, por tanto, son menos eficaces que los polfmeros que contienen acrilamida de mayor peso molecular como polfmeros de retencion y drenaje a bajos niveles de dosificacion, aunque pueden generar un excelente rendimiento de drenaje cuando se usan a niveles de dosificacion adecuados para mejorar la resistencia en seco sin sobreflocular una hoja celulosica en formacion. Sin querer limitarse a una teona, la interaccion de polfmeros que contienen vinilamina con polfmeros que contienen acrilamida en dispersion acuosa o con otros componentes de un sistema de fabricacion de papel, incluyendo pero sin limitarse a almidon oxidado, hemicelulosa o desechos anionicos, puede crear redes de enlaces de hidrogeno especialmente extensas, proporcionando una resistencia en seco adicional a un producto de papel sin que ello efectos negativos sustanciales sobre el rendimiento de drenaje del sistema de fabricacion de papel.
El polfmero que contiene vinilamina y el polfmero que contiene acrilamida pueden combinarse entre sf en una mezcla de producto individual. Las relaciones entre el polfmero que contiene vinilamina y el polfmero que contiene acrilamida oscilan entre 10:1 y 1:50, mas preferiblemente en el intervalo desde 5:1 hasta 1:10, mas preferiblemente en el intervalo desde 3:1 hasta 1:5, lo mas preferiblemente en el intervalo desde 2:1 hasta 1:4.
Las cantidades totales de la mezcla de polfmeros que pueden anadirse a la lechada de pasta en el extremo humedo de la maquina de fabricacion de papel van desde el 0,05 % hasta el 1,25 % del peso de pasta de papel seca sobre una base de solidos de polfmero totales. Pueden producirse mezclas con polfmeros que contienen vinilamina y polfmeros cationicos o anfoteros que contienen acrilamida, pero lo mas preferiblemente con polfmeros cationicos que contienen acrilamida. Sin querer limitarse a una teona, los componentes anionicos de polfmeros anfoteros que contienen acrilamida pueden interaccionar de forma ionica con los componentes cationicos de polfmeros que contienen vinilamina, particularmente grupos amina primaria, para formar geles y productos de alta viscosidad que no son utiles para la fabricacion de papel. Sin querer limitarse a una teona, los polfmeros que contienen monomeros cationicos con grupos ester, por ejemplo, cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio, pueden reaccionar en disoluciones acuosas con grupos amina primaria del polfmero que contiene vinilamina para formar grupos amida o pueden hidrolizarse para generar los restos anionicos mencionados anteriormente, cualquiera de los cuales puede formar un producto gelificado o un producto de viscosidad prohibitivamente alta que no es util en la fabricacion de papel. Ademas, la hidrolisis del grupo acrilato cationico relativamente caro representa una perdida economica significativa cuando se considera el polfmero cationico que contiene acrilamida. Sin querer limitarse a una teona, los monomeros cationicos que contienen amida, tales como cloruro de 3-(acrilamidopropil)trimetilamonio o cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) son resistentes tanto a la hidrolisis en disoluciones acuosas como a la reaccion con grupos amina primaria, lo que los convierte en preferidos como monomeros cationicos en el polfmero que contiene acrilamida que va a mezclarse con el polfmero que contiene vinilamina.
Los polfmeros que contienen vinilamina y los polfmeros que contienen acrilamida pueden anadirse durante el procedimiento de fabricacion de papel en el extremo humedo o bien en la pasta espesa o en la pasta espesa; o bien antes o bien despues de un punto de cizallamiento. El polfmero que contiene acrilamida puede anadirse en primer lugar en el extremo humedo de la maquina de fabricacion de papel, seguido por el polfmero que contiene vinilamina; el polfmero que contiene acrilamida puede anadirse por separado en el mismo punto del extremo humedo de la maquina de fabricacion de papel que el polfmero que contiene vinilamina; el polfmero que contiene acrilamida puede anadirse en el mismo punto del extremo humedo de una maquina de fabricacion de papel como una mezcla de producto individual; o, mas preferiblemente, el polfmero que contiene vinilamina puede anadirse en primer lugar en el extremo humedo de la maquina de fabricacion de papel, seguido por el polfmero que contiene acrilamida. El polfmero que contiene vinilamina no se hace reaccionar con el almidon antes de anadirse a la lechada de pasta.
El polfmero que contiene vinilamina y el polfmero que contiene acrilamida pueden anadirse al extremo humedo de una maquina de fabricacion de papel en una relacion desde 1:50 hasta 10:1 entre el polfmero que contiene vinilamina y el polfmero que contiene acrilamida como una relacion de solidos de polfmero; mas preferiblemente en una relacion desde 1:10 hasta 5:1, mas preferiblemente en el intervalo desde 1:5 hasta 3:1, lo mas preferiblemente en el intervalo desde 1:5 hasta 2:1. Las cantidades totales de la mezcla de polfmeros que pueden anadirse a la lechada de pasta en el extremo humedo de la maquina de fabricacion de papel van del 0,05 % al 1,25 % del peso de pasta de papel seca sobre una base de solidos de polfmero totales.
En otra realizacion, esta invencion puede aplicarse a cualquiera de las diversas calidades de papel que se benefician de una mejorada resistencia en seco, incluyendo pero sin limitarse a carton de revestimiento, bolsa, cartoncillo, papel para copias, carton para envases, papel para ondular, carpeta de archivos, papel prensa, carton para cajas, carton para embalaje, impresion y escritura, de seda, para toallitas y publicacion. Estas calidades de papel pueden componerse de cualquier fibra de pasta de papel tfpica incluyendo pasta mecanica de madera, Kraft blanqueada o sin blanquear, al sulfato, semimecanica, mecanica, semiqmmica y reciclada. Pueden o no incluir rellenos inorganicos.
Las realizaciones de la invencion se definen en los siguientes ejemplos. Debe entenderse que estos ejemplos se proporcionan solamente a modo de ilustracion. Por tanto, diversas modificaciones de la presente invencion, ademas de las mostradas y descritas en el presente documento, resultaran evidentes para los expertos en la tecnica a partir de la descripcion anterior. Aunque la invencion se ha descrito con referencia a medios, materiales y realizaciones particulares, debe entenderse que la invencion no se limita a los casos particulares divulgados y que se extiende a todos los
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equivalentes dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Ejemplos
La polivinilamina se abrevia como PVAm. Se uso cromatograffa de exclusion por tamano (SEC) para medir el peso molecular. Se llevo a cabo el analisis usando columnas de permeacion en gel (CATSEC 4000 + 1000 + 300 + l0o) y equipo cromatografico de la serie 515 de Waters con una mezcla de NaNO3 al 1 %/acido trifluoroacetico al 0,1 % en H2O:CH3CN 50:50 como fase movil. El caudal fue de 1,0 ml/min. El detector fue un refractometro diferencial Hewlett Packard 1047A. Se fijo la temperatura de la columna a 40 °C y la temperatura del detector era de 35 °C. Se calcularon el peso molecular promedio en numero (Mn) y promedio en peso (Mw) de los polfmeros con respecto a la poli(2- vinilpiridina) estandar de bajo peso molecular disponible comercialmente.
Se midieron las cargas netas o densidades de carga netas (Mutek) de los polfmeros ionizados de la presente invencion a pH 7,0 usando un metodo de titulacion de coloides. La densidad de carga (meq/g) es la cantidad de carga neta por peso unitario, en miliequivalentes por gramo de polfmero activo. La muestra de polfmero se titula con un titulante de carga opuesta. Para polfmeros cationicos netos, el titulante usado es polivinilsulfato de potasio (PVSK) y para polfmeros anionicos netos el titulante usado es poli(cloruro de dimetildialilamonio) (DADMAC). El titulante se anade hasta que se logra un potencial de 0 mV usando un titulador automatico (Brinkmann Titrino) a una velocidad de titulacion fija (0,1 ml/dosis, 5 segundos) y un detector de carga de partfculas Mutek (modelo PCD 03, BTG, Mutek Analytic Inc., 2141 Kingston Ct., Marietta, Ga, EE.UU.) que significa la deteccion del punto final.
Se fabrico carton de revestimiento usando una maquina de fabricacion de papel. La pasta de papel era un papel reciclado al 100 % con una dureza de 50 ppm, una alcalinidad de 25 ppm, almidon oxidado GPC D15F al 2,5 % (Grain Processing Corp., Muscatine, IA) y una conductividad de 2000 uS/cm. El pH del sistema era de 7,0, a menos que se indique de otro modo, y el refinado de la pasta de papel era de aproximadamente 380 CSF con la temperatura de la pasta a 52 °C. El peso base era de 0,1625 kgf por metro cuadrado A menos que se indique de otro modo, se anadieron almidon cationico Stalok 300 (Tate & Lyle PLC, Londres, R.U.) y floculante PerForm® PC 8713 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE) al extremo humedo de la maquina de fabricacion de papel en una cantidad del 0,5 % y el 0,0125 % de pasta de papel seca, respectivamente. Se anadieron los polfmeros que contienen vinilamina y que contienen acrilamida tal como se describio en los ejemplos anteriores como agentes de resistencia en seco al extremo humedo de la maquina de fabricacion de papel a los niveles indicados, expresados como porcentaje del peso de componente activo de polfmero frente a la pasta de papel seca. En general, se acepta que las dosificaciones usadas normalmente para polfmeros de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto son mucho mayores (es decir, al menos el doble) que las que pueden usarse en una maquina de fabricacion de papel comercial. Se usaron los ensayos de aplastamiento en anillos, estallido Mullen en seco y traccion en seco para medir los efectos de la resistencia en seco. Todos los resultados de resistencia en seco se expresan como un porcentaje de la resistencia en seco del papel fabricado sin una resina de resistencia en seco.
Se comparo la eficacia del drenaje de los diversos sistemas polimericos usando uno de los dos ensayos. Un ensayo es el ensayo de refinado segun las normas canadienses (Canadian Standard Freeness Test, CSF). La dosis de componente activo de polfmero vana tal como se indica en las tablas. Los resultados se resumen en las siguientes tablas y los rendimientos de drenaje de estas composiciones se expresan como un aumento en porcentaje con respecto al blanco.
Otro metodo para la evaluacion del rendimiento del procedimiento de drenaje es el ensayo de drenaje en vacfo (vacuum drainage test, VDT). La configuracion del dispositivo es similar a la del ensayo con embudo Buchner tal como se describe en diversos libros de referencia sobre filtracion, por ejemplo, vease Perry's Chemical Engineers' Handbook, 7a edicion (McGraw-Hill, Nueva York, 1999), pags. 18-78. El VDT consiste en un embudo filtrante Gelman magnetico de 300 ml, una probeta de 250 ml, una desconexion rapida, una trampa de agua y una bomba de vacfo con un regulador e indicador de vacfo. El ensayo VDT se llevo a cabo ajustando en primer lugar el vacfo a 254 mm de Hg y colocando el embudo apropiadamente sobre la probeta. Despues, se cargaron 250 g de pasta de papel al 0,5 % en peso en un vaso de precipitados y luego se anadieron los aditivos requeridos segun el programa de tratamiento (por ejemplo, almidon, polfmero que contiene vinilamina, polfmero que contiene acrilamida, floculantes) a la pasta en agitacion proporcionada por un agitador de varilla. La pasta se vertio entonces en el embudo filtrante y se puso en marcha la bomba de vacfo mientras que, simultaneamente, se poma en marcha un cronometro. La eficacia de drenaje se notifica como el tiempo requerido para obtener 230 ml de filtrado. Los resultados de los dos ensayos de drenaje se normalizaron y expresaron como un porcentaje del rendimiento de drenaje observado frente a un sistema que no incluyo los polfmeros que contienen vinilamina y que contienen acrilamida.
El Polfmero A es un polfmero que contiene vinilamina tal como Hercobond® 6363 (disponible de Hercules Incorporated, Wilmington, DE) con un peso molecular en el intervalo de 100 000 daltons a 500 000 daltons con un contenido en solidos de polfmero activos del 9 % al 15 %, una carga de W-vinilformamida desde el 75 % hasta el 100 % y un intervalo de hidrolisis desde el 50 % hasta el 100 %.
El Polfmero B es un polfmero que contiene vinilamina tal como Hercobond® 6350 (disponible de Hercules Incorporated, Wilmington, DE) con un peso molecular en el intervalo de 100 000 daltons a 500 000 daltons con un contenido en
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solidos de poUmero activos del 9 % al 15 %, una carga de W-vinilformamida desde el 75 % hasta el 100 % y un intervalo de hidrolisis desde el 30 % hasta el 75 %.
El Polfmero C es un polfmero anfotero que contiene acrilamida tal como Hercobond® 1205 (disponible de Hercules Incorporated, Wilmington, DE) con un peso molecular en el intervalo de 100 000 daltons a 500 000 daltons con un contenido en solidos de polfmero activos del 10 % al 25 % y una carga monomerica total de monomeros anionicos y cationicos desde el 8 % hasta el 20 % de la carga monomerica total.
El Polfmero de referencia D es un polfmero cationico que contiene acrilamida tal como Hercobond® 1200 (disponible de Hercules Incorporated, Wilmington, DE) con un peso molecular en el intervalo de 100 000 daltons a 500 000 daltons, un contenido en solidos de polfmero activos del 10 % al 25 % y una carga monomerica cationica del 20 % al 40 %.
El Polfmero comparativo E es un polfmero anionico que contiene acrilamida tal como Hercobond® 2000 (disponible de Hercules Incorporated, Wilmington, DE) con una carga monomerica anionica en el intervalo desde el 5 % hasta el 20 %.
El Polfmero de referencia F y el Polfmero de referencia G son polfmeros cationicos en dispersion acuosa que contienen acrilamida tales como Praestaret® K325 y K350, respectivamente (disponibles de Ashland Inc., Covington, KY) con un peso molecular en el intervalo de 500 000 daltons a 1 500 000 daltons, un contenido en solidos de polfmero activos del 20 % al 45 % y una carga monomerica cationica del 10 % al 40 %.
El Polfmero H es un complejo polielectrolttico anfotero que contiene acrilamida tal como Hercobond® 1822 (disponible de Hercules Incorporated, Wilmington, DE) con un peso molecular en el intervalo de 100 000 daltons a 500 000 daltons con un contenido en solidos de polfmero activos del 10 % al 25 % y una carga neta desde -2 meq/g hasta +2 meq/g.
El Polfmero de referencia K es un polfmero cationico que contiene acrilamida tal como Praestamin® CL (disponible de Ashland Inc., Covington, KY) con un peso molecular en el intervalo de 100 000 daltons a 400 000 daltons con un contenido en solidos de polfmero activos del 15 % al 30 %. El comonomero cationico del polfmero de referencia K es cloruro de 3-(acrilamidopropil)trimetilamonio. El polfmero de referencia K puede combinarse con polfmeros que contienen vinilamina tales como el polfmero A y el polfmero B para formar un producto individual.
EJEMPLO 1
La Tabla 1 muestra los resultados de un ensayo en una maquina de fabricacion de papel piloto usando el Polfmero A, el Polfmero anfotero C y el Polfmero cationico de referencia D. Se ajusto el pH del sistema a 6,5. Se usaron alumbre (Croydon, PA) y cola de colofonia HipHase 35 (Hercules, Inc., Wilmington, DE) en una cantidad del 0,5 % y el 0,3 % de la pasta de papel seca, respectivamente. Se anadio almidon anfotero OptiPlus 1030 (National Starch, Bridgewater, NJ) en lugar del almidon cationico Stalok 300, tambien en un 0,5 % de la pasta de papel seca.
Tabla 1. Propiedades de resistencia y drenaje de papel fabricado con el Polfmero A y un polfmero que contiene acrilamida.
- Entrada
- Aditivo 1 % Aditivo 2 % Traccion en seco Estallido Mullen er seco Aplastamiento en anillos Drenaje
- 1
- -- -- -- -- 100 100 100 100
- 2
- Polfmero A 0,050 -- -- 102,4 106,2 105,7 110
- 3
- Polfmero A 0,125 -- -- 103,2 110,2 108,7 131
- 4
- -- — Polfmero C 0,100 104,5 105,7 104,8 107
- 5
- -- — Polfmero C 0,250 103,8 113,0 110,1 110
- 6
- Polfmero A 0,050 Polfmero C 0,100 102,8 108,0 110,4 121
- 7
- Polfmero A 0,125 Polfmero C 0,100 112,8 116,8 112,6 142
- 8
- Polfmero A 0,088 Polfmero C 0,175 106,5 112,7 117,8 137
- 9
- Polfmero A 0,050 Polfmero C 0,250 110,4 109,2 114,2 121
- 10
- Polfmero A 0,125 Polfmero C 0,250 108,9 121,0 116,9 153
- 11
- -- — Polfmero D* 0,100 103,2 93,1 104,6 129
- 12
- -- — Polfmero D* 0,250 106,5 106,2 109,9 150
- 13
- Polfmero A 0,050 Polfmero D* 0,100 103,2 98,2 107,0 137
- 14
- Polfmero A 0,125 Polfmero D* 0,100 105,1 108,3 111,4 137
- 15
- Polfmero A 0,088 Polfmero D* 0,175 107,7 113,0 110,9 150
- 16
- Polfmero A 0,050 Polfmero D* 0,250 104,6 107,7 109,5 142
- 17
- Polfmero A 0,125 Polfmero D* 0,250 106,8 117,4 107,2 147
* Polfmero de referencia
La Tabla 1 muestra que la resistencia podna mejorarse notablemente mediante la adicion del polfmero que contiene acrilamida y que el rendimiento de drenaje se mantuvo, si no se mejoro, anadiendo mas cantidad del polfmero que
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contiene acrilamida. Se observa que las dosificaciones usadas normalmente para poKmeros de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto son mucho mayores (es decir, al menos el doble) que las dosificaciones comparables desde un punto de vista de eficacia en una maquina de fabricacion de papel comercial. Por ejemplo, si el 0,10 % de aditivo es una cantidad eficaz para un polfmero de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto, entonces la cantidad eficaz en la maquina comercial sena de aproximadamente el 0,05 % o menos.
EJEMPLO 2
La Tabla 2 muestra el rendimiento de drenaje de tres aditivos de polfmero que contiene acrilamida diferentes usando la misma agua blanca y pasta de papel que se indican en los ensayos de resistencia ilustrados en la Tabla 1. El rendimiento de drenaje se evaluo usando el ensayo CSF tal como se indico anteriormente. Se muestran las entradas 18 a 23 para comparacion.
Tabla 2 Propiedades de drenaje de pasta de papel fabricada usando diversos polfmeros que contienen acrilamida con el Polfmero A.
- Entrada
- Aditivo 1 % de pasta de papel seca Aditivo 2 % de pasta de papel seca % de drenaje
- 1
- -- -- -- -- 100
- 2
- Polfmero A 0,050 -- -- 110
- 3
- Polfmero A 0,125 -- -- 131
- 4
- -- -- Polfmero C 0,100 107
- 5
- -- -- Polfmero C 0,250 110
- 6
- Polfmero A 0,050 Polfmero C 0,100 121
- 7
- Polfmero A 0,125 Polfmero C 0,100 142
- 8
- Polfmero A 0,088 Polfmero C 0,175 137
- 9
- Polfmero A 0,050 Polfmero C 0,250 121
- 10
- Polfmero A 0,125 Polfmero C 0,250 153
- 11
- -- -- Polfmero D* 0,100 129
- 12
- -- -- Polfmero D* 0,250 150
- 13
- Polfmero A 0,050 Polfmero D* 0,100 137
- 14
- Polfmero A 0,125 Polfmero D* 0,100 137
- 15
- Polfmero A 0,088 Polfmero D* 0,175 150
- 16
- Polfmero A 0,050 Polfmero D* 0,250 142
- 17
- Polfmero A 0,125 Polfmero D* 0,250 147
- 18
- -- -- Polfmero comparativo E 0,100 96
- 19
- -- -- Polfmero comparativo E 0,250 94
- 20
- Polfmero A 0,050 Polfmero comparativo E 0,100 110
- 21
- Polfmero A 0,125 Polfmero comparativo E 0,100 134
- 22
- Polfmero A 0,088 Polfmero comparativo E 0,175 118
- 23
- Polfmero A 0,050 Polfmero comparativo E 0,250 104
- 24
- Polfmero A 0,125 Polfmero comparativo E 0,250 134
* Polfmero de referencia
La Tabla 2 demuestra que el rendimiento de drenaje de la lechada de pasta es mas debil cuando se usa el polfmero anionico que contiene acrilamida (Polfmero comparativo E) en comparacion con los polfmeros anfoteros y cationicos que contienen acrilamida (Polfmero C y Polfmero de referencia D). Se observa que las dosificaciones usadas normalmente para polfmeros de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto son mucho mayores (es decir, al menos el doble) que las dosificaciones comparables desde un punto de vista de eficacia en una maquina de fabricacion de papel comercial. Por ejemplo, si el 0,10% de aditivo es una cantidad eficaz para un polfmero de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto, entonces la cantidad eficaz en la maquina comercial sena de aproximadamente el 0,05 % o menos.
EJEMPLO DE REFERENCIA 3
La Tabla 3 muestra los resultados de un ensayo en una maquina de fabricacion de papel piloto usando un polfmero que contiene vinilamina y un polfmero cationico que contiene acrilamida. En este ejemplo, como en todos los ejemplos siguientes, se mantuvo el pH a 7,0, no se incluyo alumbre en las materias primas y no se emplearon agentes de encolado.
Tabla 3. Resultados de un ensayo en maquina de fabricacion de papel piloto a pH 7,0 y en presencia del Polfmero B y el Polfmero cationico de referencia D que contiene acrilamida.
Entrada | Aditivo 1 | % | Aditivo 2 | % |Traccion en | Estallido Mullen en | Aplastamiento en | Drenaje
5
10
15
20
25
30
35
- seco seco anillos
- 1
- -- -- -- -- 100 100 100 100
- 2
- Polfmero B 0,100 -- -- 96,3 95,7 100,9 98
- 3
- Polfmero B 0,300 -- -- 102,5 104,0 112,4 137
- 4
- -- -- Polfmero D* 0,100 104,5 108,6 107,1 109
- 5
- -- -- Polfmero D* 0,300 105,7 107,4 106,0 115
- 6
- Polfmero B 0,100 Polfmero D* 0,100 100,8 95,2 105,6 134
- 7
- Polfmero B 0,300 Polfmero D* 0,100 110,1 109,9 116,6 120
- 8
- Polfmero B 0,200 Polfmero D* 0,200 112,9 115,8 119,9 118
- 9
- Polfmero B 0,100 Polfmero D* 0,300 115,7 123,0 113,7 115
- 10
- Polfmero B 0,300 Polfmero D* 0,300 110,4 120,2 111,3 112
* PoUmero de referencia
La Tabla 3 demuestra que, con altas dosificaciones de los dos poKmeros, puede lograrse un excelente rendimiento de resistencia cuando se anaden los dos productos qmmicos juntos en comparacion con su rendimiento cuando se anaden solos. Este metodo permite que el fabricante de papel logre una mayor eficacia en el uso de productos qmmicos y la resistencia anadida lograda cuando los dos productos qmmicos se anaden juntos permite que el fabricante de papel reduzca el uso del caro Polfmero B que contiene vinilamina. Se observa que las dosificaciones usadas normalmente para polfmeros de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto son mucho mayores (es decir, al menos el doble) que las dosificaciones comparables desde un punto de vista de eficacia en una maquina de fabricacion de papel comercial. Por ejemplo, si el 0,10 % de aditivo es una cantidad eficaz para un polfmero de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto, entonces la cantidad eficaz en la maquina comercial sena de aproximadamente el 0,05 % o menos.
EJEMPLO 4
La Tabla 4 muestra un ensayo en maquina de fabricacion de papel piloto que emplea un polfmero anfotero que contiene acrilamida en combinacion con el polfmero que contiene vinilamina. Este ensayo se realizo en condiciones similares a las del Ejemplo 3 anterior. Sin embargo, en este caso, se uso el Polfmero anfotero C que contiene acrilamida en lugar del Polfmero cationico de referencia D que contiene acrilamida.
Tabla 4. Resultados de un ensayo en maquina de fabricacion de papel piloto con el Polfmero B y el Polfmero anfotero C que contiene acrilamida.
- Entrada
- Aditivo 1 % Aditivo 2 % Traccion en seco Estallido Mullen en seco Aplastamiento en anillos Drenaje
- 1
- -- -- -- -- 100 100 100,0 100
- 2
- Polfmero B 0,100 -- -- 98,9 -- 102,2 105
- 3
- Polfmero B 0,300 -- -- 104,3 123,5 108,0 143
- 4
- -- — Polfmero C 0,100 100,4 103,0 102,4 102
- 5
- -- — Polfmero C 0,300 100,9 101,9 103,9 109
- 6
- Polfmero B 0,100 Polfmero C 0,100 102,1 108,1 104,1 95
- 7
- Polfmero B 0,300 Polfmero C 0,100 101,2 116,4 110,7 142
- 8
- Polfmero B 0,200 Polfmero C 0,200 103,3 112,3 109,8 119
- 9
- Polfmero B 0,100 Polfmero C 0,300 103,0 112,8 105,3 105
- 10
- Polfmero B 0,300 Polfmero C 0,300 106 107,9 117,4 131
La Tabla 4 muestra que el tratamiento con los dos polfmeros en tandem puede potenciar especialmente el estallido Mullen y el aplastamiento en anillos frente al uso de los polfmeros de manera aislada. El rendimiento de drenaje solo se vio afectado de manera marginal. Se observa que las dosificaciones usadas normalmente para polfmeros de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto son mucho mayores (es decir, al menos el doble) que las dosificaciones comparables desde un punto de vista de eficacia en una maquina de fabricacion de papel comercial. Por ejemplo, si el 0,10% de aditivo es una cantidad eficaz para un polfmero de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto, entonces la cantidad eficaz en la maquina comercial sena de aproximadamente el 0,05 % o menos.
EJEMPLO DE REFERENCIA 5.
La Tabla 5 muestra el efecto de combinar polfmeros en dispersion acuosa con el Polfmero B que contiene vinilamina. Tabla 5. Adicion de los Polfmeros de referencia en dispersion acuosa F y G al Polfmero B para mejorar la resistencia.
- Entrada
- Aditivo 1 % Aditivo 2 % Traccion Estallido Mullen en Aplastamient Drenaje
- en seco seco o en anillos
5
10
15
20
25
- 1
- -- -- -- -- 100 100 100 100
- 2
- Poftmero B 0,100 -- -- 99,0 107,6 105,4 117
- 3
- Poftmero B 0,300 -- -- 101,8 109,8 107,7 138
- 4
- -- — Poftmero F* 0,100 101,0 105,3 104,0 124
- 5
- -- — Poftmero F* 0,300 102,8 102,4 110,6 155
- 6
- Poftmero B 0,100 Poftmero F* 0,100 97,5 104,6 104,1 136
- 7
- Poftmero B 0,300 Poftmero F* 0,100 104,2 111,8 111,0 135
- 8
- Poftmero B 0,200 Poftmero F* 0,200 104,1 116,9 110,7 140
- 9
- Poftmero B 0,100 Poftmero F* 0,300 105,5 110,4 109,1 157
- 10
- Poftmero B 0,300 Poftmero F* 0,300 108,3 119,2 114,6 125
- 11
- -- — Poftmero G* 0,300 98,6 98,4 102,2 123
- 12
- -- — Poftmero G* 0,300 99,5 102,3 101,2 151
- 13
- Poftmero B 0,100 Poftmero G* 0,100 101,1 101,0 106,7 134
- 14
- Poftmero B 0,300 Poftmero G* 0,100 104,9 118,5 108,9 142
- 15
- Poftmero B 0,200 Poftmero G* 0,200 103,6 114,8 110,2 145
- 16
- Poftmero B 0,100 Poftmero G* 0,300 105,4 109,7 106,7 153
- 17
- Poftmero B 0,300 Poftmero G* 0,300 107,2 130,0 111,7 139
* Poftmero de referencia
La Tabla 5 demuestra que el drenaje puede mantenerse mientras se logran niveles significativamente mejorados de resistencia en seco con poftmeros en dispersion acuosa. Se observa que las dosificaciones usadas normalmente para poftmeros de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto son mucho mayores (es decir, al menos el doble) que las dosificaciones comparables desde un punto de vista de eficacia en una maquina de fabricacion de papel comercial. Por ejemplo, si el 0,10% de aditivo es una cantidad eficaz para un poftmero de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto, entonces la cantidad eficaz en la maquina comercial sena de aproximadamente el 0,05 % o menos.
EJEMPLO 6
La Tabla 6 muestra la combinacion del Poftmero B que contiene vinilamina con un complejo polielectrolftico anfotero que contiene acrilamida, el Poftmero H.
Tabla 6. Ensayo en maquina de fabricacion de papel piloto usando un complejo polielectrolftico anfotero que contiene acrilamida (Poftmero H) con el Poftmero B.
- Entrada
- Poftmero B anadido (%) Poftmero H anadido (%) Traccion en seco Estallido Mullen en seco Aplastamiento en anillos
- 1
- 0,0 0,0 100 100 100
- 2
- 0,0 0,2 99,9 100,8 100,6
- 3
- 0,0 0,4 101,1 104,0 102,9
- 4
- 0,0 0,6 98,2 103,6 101,5
- 5
- 0,1 0,0 93,2 97,7 97,0
- 6
- 0,1 0,2 96,6 93,8 100,9
- 7
- 0,1 0,4 102,4 102,9 100,9
- 8
- 0,1 0,6 102,0 103,5 102,3
- 9
- 0,2 0,0 96,6 97,8 101,4
- 10
- 0,2 0,2 101,8 107,3 109,1
- 11
- 0,2 0,4 109,2 109,5 110,8
- 12
- 0,2 0,6 110,4 114,4 112,4
- 13
- 0,3 0,0 97,5 102,4 105,3
- 14
- 0,3 0,2 107,4 116,0 112,6
- 15
- 0,3 0,4 115,6 122,1 115,1
- 16
- 0,3 0,6 114,7 121,6 116,2
La Tabla 6 muestra que pueden lograrse resultados comparables a los de poftmeros anfoteros que contienen acrilamida usando el complejo polielectrolftico anfotero que contiene acrilamida. Se lograron excelentes niveles de resistencia en seco, a niveles de aditivo a los que el rendimiento comienza normalmente a nivelarse. Se observa que las dosificaciones usadas normalmente para poftmeros de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto son mucho mayores (es decir, al menos el doble) que las dosificaciones comparables desde un punto de vista de eficacia en una maquina de fabricacion de papel comercial. Por ejemplo, si el 0,10 % de aditivo es una cantidad eficaz para un poftmero de resistencia en seco en la maquina de fabricacion de papel piloto, entonces la cantidad eficaz en la maquina comercial sena de aproximadamente el 0,05 % o menos.
EJEMPLO DE REFERENCIA 7
La Tabla 7 muestra los resultados de ensayos de resistencia en seco y drenaje usando una mezcla de producto individual del PoUmero de referencia K y el Polfmero B. Independientemente de la relacion entre los dos poKmeros de la mezcla, el aditivo se uso a un nivel de dosificacion del 0,3 % frente a la pasta de papel seca.
Tabla 7. Uso de una mezcla de producto individual del Polfmero de referencia K y el Polfmero B para lograr una mejorada resistencia en seco
- Entrada
- Polfmero K: Polfmero B Solidos activos (%) Traccion en seco Estallido Mullen en seco Aplastamiento en anillos Traccion en humedo Drenaje
- 1
- 0:4 12,7 101,9 105,5 108,6 373,7 159,6
- 2
- 1:3 14,6 105,7 110,7 109,4 347,9 149,0
- 3
- 1:1 17,2 107,9 108,7 108,0 297,5 127,2
- 4
- 3:1 20,8 108,2 108,8 109,7 200,9 109,0
10 La Tabla 7 ilustra que el uso de una mezcla de producto individual de un polfmero que contiene vinilamina y un polfmero cationico que contiene acrilamida pueden proporcionar mejorados resultados de resistencia en seco en las categonas de traccion en seco y de estallido Mullen en seco, mientras se ofrecen resultados de aplastamiento en anillos comparables. La mezcla de producto individual es especialmente util porque ofrece al fabricante de papel la facilidad de anadir un producto individual a la maquina de fabricacion de papel, aunque las diferentes relaciones de la mezcla 15 permiten ajustar el producto a las necesidades del fabricante de papel. Por ejemplo, si es necesaria una menor resistencia en humedo para reducir la energfa de reprocesamiento, puede producirse una mezcla de producto individual que satisfaga esa necesidad mientras se mantienen o mejoran las propiedades de resistencia en seco. O bien, si la maquina de fabricacion de papel esta funcionando ya cerca de su velocidad maxima, la cantidad de drenaje que proporciona el producto puede hacerse coincidir con la necesidad del fabricante de papel sin comprometer la resistencia 20 en seco. Ademas, la mezcla de producto individual puede tener un contenido en solidos activos significativamente mayor sin que eso tenga un impacto negativo sobre la resistencia en seco, reduciendo por tanto el impacto ecologico debido al transporte de la carga de contenido en solidos hasta la fabrica de papel.
Claims (9)
- 1015
- 2.20
- 3. 25
- 4.30
- 5.3540
- 6.45
- 7.50 8.
- 9. 55
- 10.REIVINDICACIONESProcedimiento para la produccion de papel, carton y cartulina con mejorada resistencia en seco que comprende anadir al extremo humedo de una maquina de fabricacion de papel(a) un polfmero en disolucion acuosa que contiene vinilamina que tiene un peso molecular de desde 75 000 daltons hasta 750 000 daltons y(b) un polfmero en disolucion acuosa anfotero que contiene acrilamida que tiene un peso molecular desde 75 000 daltons hasta 1 500 000 daltons, en el que la suma de los monomeros anionicos y cationicos incorporados al polfmero que contiene acrilamida comprenden desde el 5 % hasta el 50 % sobre una base molar de todos los monomeros incorporados al polfmero que contiene acrilamida,en el que el polfmero en disolucion acuosa es un polfmero que forma una disolucion completamente homogenea en agua cuando se diluye hasta el 1 % sobre una base de solidos secos.El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el contenido total de solidos de polfmero del polfmero en disolucion acuosa que contiene vinilamina es desde el 5 % hasta el 30 % sobre una base de peso seco y en el que el polfmero que contiene vinilamina tiene un contenido en W-vinilformamida de al menos el 50 % sobre una base molar del monomero total cargado antes de la hidrolisis y al menos el 10 % de la W-vinilformamida se ha hidrolizado en el polfmero final.El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el polfmero que contiene vinilamina tiene un peso molecular desde 150 000 daltons hasta 500 000 daltons.El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida es un polfmero en dispersion acuosa, preferiblemente un polfmero en dispersion acuosa que tiene un peso molecular desde 300 000 daltons hasta 1 500 000 daltons, mas preferiblemente un polfmero en dispersion acuosa que tiene un peso molecular desde 400 000 daltons hasta menos de 1 250 000 daltons, en el que el polfmero en dispersion acuosa es un polfmero producido mediante polimerizacion en dispersion acuosa.El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida comprende al menos un monomero cationico seleccionado del grupo que consiste en: cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), acrilato de 2-(dimetilamino)etilo, metacrilato de 2-(dimetilamino)etilo, acrilato de 2-(dietilamino)etilo, metacrilato de 2-(dietilamino)etilo, acrilato de 3-(dimetilamino)propilo, metacrilato de 3- (dimetilamino)propilo, acrilato de 3-(dietilamino)propilo, metacrilato de 3-(dietilamino)propilo, W-[3-(dimetilamino)propil]acrilamida, W-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, W-[3-(dietilamino)propil]acrilamida, W- [3-(dietilamino)propil]metacrilamida, cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [3-(acriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de [3-(metacriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de 3-(acrilamidopropil)trimetilamonio y cloruro de 3- (metacrilamidopropil)trimetilamonio.El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el polfmero en disolucion acuosa que contiene acrilamida tiene un peso molecular desde 75 000 daltons hasta 750 000 daltons.El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el polfmero en disolucion acuosa anfotero que contiene acrilamida se compone de un complejo polielectrolttico que contiene un polfmero que contiene acrilamida de carga cationica, anfotera o anionica y un segundo polfmero de carga complementaria.El procedimiento segun la reivindicacion 7, en el que el complejo polielectrolttico tiene un peso molecular desde 100 000 daltons hasta menos de 1 000 000 daltons.El procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el polfmero que contiene vinilamina y el polfmero que contiene acrilamida se anaden a la maquina de fabricacion de papel como una mezcla de producto individual.El procedimiento segun la reivindicacion 9, en el que la parte cationica del polfmero que contiene acrilamida se genera a partir de al menos un monomero seleccionado del grupo que consiste en cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), W-[3-(dimetilamino)propil]acrilamida, W-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, W- [3-(dietilamino)propil]acrilamida, W-[3-(dietilamino)propil]metacrilamida, cloruro de 3-(acrilamidopropil)trimetilamonio y cloruro de 3-(metacrilamidopropil)trimetilamonio, preferiblemente se genera a partir de al menos un monomero seleccionado del grupo que consiste en cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), W-[3-(dimetilamino)propil]acrilamida, W-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, cloruro de 3- (acrilamidopropil)trimetilamonio y cloruro de 3-(metacrilamidopropil)trimetilamonio.
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