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ES2873105T3 - Proceso para la fabricación de papel y cartón - Google Patents

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ES2873105T3
ES2873105T3 ES14738178T ES14738178T ES2873105T3 ES 2873105 T3 ES2873105 T3 ES 2873105T3 ES 14738178 T ES14738178 T ES 14738178T ES 14738178 T ES14738178 T ES 14738178T ES 2873105 T3 ES2873105 T3 ES 2873105T3
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Antonius Moormann-Schmitz
Hubert Meixner
Cerro Luis Miguel Sanchez
Thomas Mühlenbernd
Christian Jehn-Rendu
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Solenis Technologies Cayman LP
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Abstract

Un proceso de fabricación de papel o cartón en el que se proporciona un material celulósico delgado y se somete a una o más etapas de cizallamiento y luego se escurre y un tamiz móvil para formar una lámina que se seca, en donde el proceso emplea un sistema de retención que se aplica al material delgado, dicho sistema de retención comprende como componentes i) una mezcla de diferentes polímeros catiónicos y ii) un material microparticulado, en el que la mezcla de polímeros catiónicos comprende, a) un polímero catiónico que tiene una densidad de carga de 0,5 y hasta 2,0 mEq por gramo y una masa molar superior a 700 000 Da, cuyo polímero catiónico se selecciona de polímeros que contienen unidades de vinilamina y polietilenimina,en el que la dosis de polímero catiónico (a) es de al menos 50 ppm y tan alta como 3000 ppm, b) un polímero catiónico que tiene una densidad de carga inferior a 3 mEq por gramo y una viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g, que es un copolímero de bi) monómeros etilénicamente insaturados catiónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilatos de dialquilamino, sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilamidas de dialquilamino y haluros de dialquil dialil amonio; bii) monómeros etilénicamente insaturados no iónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en acrilamida y metacrilamida, en el que la dosis de polímero catiónico (b) es de al menos 50 ppm y hasta 1000 ppm, en el que el material microparticulado (ii) se selecciona del grupo que consiste en partículas a base de sílice, microgeles de sílice, sílice coloidal, soles de sílice, geles de sílice, polisilicatos, sílice catiónica, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeolitas, bentonita, hectorita, esmectitas, montmorillonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas y sepiolitas, en donde i) la mezcla de polímeros catiónicos se dosifica en el material delgado antes de la etapa final de cizallamiento y ii) el material microparticulado se dosifica en el material delgado después de la etapa final de cizallamiento.

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso para la fabricación de papel y cartón
La presente invención se refiere a un método para la fabricación de papel y cartón a partir de una suspensión celulósica, mediante el empleo de un nuevo sistema de retención.
Es bien conocido fabricar papel mediante un proceso que comprende flocular un material celulósico delgado mediante la adición de un coadyuvante de retención polimérico y luego drenar la suspensión floculada a través de un tamiz móvil (a menudo referida como alambre de máquina) y luego formar una lámina húmeda, que luego se seca.
En orden de aumentar la producción de papel, muchas máquinas modernas de fabricación de papel operan a velocidades más altas. Como una consecuencia del aumento de las velocidades de las máquinas, se ha puesto un gran énfasis en los sistemas de drenaje y retención que proporcionan un aumento del drenaje. Sin embargo, se conoce que el aumento del peso molecular de un coadyuvante de retención polimérico que se añade inmediatamente antes del drenaje tenderá a aumentar la velocidad de drenaje pero dañar la formación. Es difícil obtener el equilibrio óptimo de retención, drenaje, secado y formación al añadir un solo coadyuvante de retención polimérico y, por lo tanto, es una práctica común añadir dos materiales separados en secuencia.
El documento EP-A-235893 proporciona un proceso en donde se aplica un polímero catiónico sustancialmente lineal soluble en agua al material de fabricación de papel antes de una etapa de cizallamiento y luego se reflocula mediante la introducción de bentonita después de esa etapa de cizallamiento. Este proceso proporciona un drenaje mejorado y también una buena formación y retención. Este proceso que es comercializado por BASF bajo la Hydrocol® (marca registrada) ha demostrado ser exitoso durante más de dos décadas.
Este sistema Hydrocol® (marca comercial) de fabricación de papel es un sistema de micropartículas muy eficiente para una amplia gama de grados de papel, incluida la producción de cartón de revestimiento y cartón de cajas plegables. Los beneficios de este sistema incluyen altos niveles de retención, buen drenaje, buena formación, buena limpieza de la máquina, buena ejecución y un sistema rentable.
Subsecuentemente, se han realizado varios intentos para proporcionar variaciones sobre este tema al hacer modificaciones menores a uno o más de los componentes.
El documento EP-A-335575 describe un proceso en el que un polímero principal seleccionado de almidón catiónico y polímero catiónico soluble en agua de alto peso molecular se añade a una suspensión celulósica, después de lo cual la suspensión pasa a través de una o más etapas de cizallamiento seguido de la adición de material inorgánico seleccionado de bentonita y sílice coloidal. En este sistema se añade un polímero catiónico de bajo peso molecular a la suspensión antes de la adición del polímero principal. Se indica que el polímero de bajo peso molecular normalmente tiene un peso molecular por debajo de 500000 y normalmente por encima de 50000, a menudo por encima de 100000. Los polímeros catiónicos de bajo peso molecular sugeridos incluyen polietilenimina, poliaminas, polímeros de diciandiamidas-formaldehído, polímeros y copolímeros de cloruro de dialil dimetil amonio, alquil (met)acrilatos de dialquilamino y alquil (met)acrilamidas de dialquilamino (ambos generalmente como adición de ácido o sales de amonio cuaternario). El proceso se dijo que mejora los procesos en los que hay una gran cantidad de brea o procesos con una alta demanda catiónica.
Un desarrollo adicional de este tipo de proceso se describe subsecuentemente en el documento EP-A-910701 en el que dos polímeros catiónicos solubles en agua diferentes o se añaden sucesivamente a las pulpas seguido de someter las pulpas a al menos una etapa de cizallamiento seguida de la adición de bentonita, sílice coloidal o arcilla. Específicamente se añaden polietileniminas que tienen una masa molar de más de 500000 o polímeros que contienen grupos vinilamina que tienen una masa molar de entre 5000 y 3 millones a la pulpa y luego a las poliacrilamidas catiónicas de alto peso molecular.
El documento EP-A-752496 describe un proceso de fabricación de papel en el que un polímero catiónico de bajo peso molecular que tiene un peso molecular por debajo de 700 000 y un polímero catiónico y/o anfótero de alto peso molecular se añaden simultáneamente a la pasta fina con partículas inorgánicas aniónicas como sílice o bentonita que se dosifican en la capa fina de material de suspensión. El polímero catiónico de bajo peso molecular incluye polietilenimina y polivinilamina. Los polímeros se añaden generalmente por separado, aunque se indica que los dos polímeros catiónicos se pueden añadir como una mezcla. También se indica que los polímeros se pueden añadir antes de una etapa de cizallamiento, aunque no se indican los puntos exactos de adición. Se afirma que este proceso da como resultado un drenaje y/o retención mejorados en comparación con los procesos en los que el polímero catiónico o anfótero de alto peso molecular se usa solo junto con partículas inorgánicas aniónicas.
El documento US 6103065 describe un proceso de fabricación de papel que implica la adición a un material de papel después del último punto de alto cizallamiento al menos un polímero catiónico de alta densidad de carga de peso molecular entre 100 000 y 2 millones con una densidad de carga superior a 4 mEq por gramo y simultáneamente o subsecuentemente añadir al menos un polímero que tenga un peso molecular superior a 2 millones con una densidad de carga inferior a 4 mEq por gramo. Posterior a los dos polímeros, se añade al material una arcilla de bentonita hinchable. El polímero de alta densidad de carga puede ser homopolímeros o copolímeros de polietilenimina o polímeros producidos a partir de vinilaminas. Este documento indica que el proceso mejora los programas de bentonita convencionales al emplear menos polímero y mejorar la deshidratación de la sección de prensa, lo que aumenta los sólidos que entran en los secadores, de esta manera se reducen los requisitos de secado.
El documento DE 102 36 252 A1 describe un proceso para la producción de papel, cartulina y cartón y mediante cizallamiento del material de papel, al añadir un sistema de micropartículas que comprende un polímero catiónico y un componente inorgánico finamente dividido al material de papel después de la última etapa de cizallamiento antes de la caja de entrada. El material de papel se drena con la formación de láminas seguido de las pruebas de las láminas. Poliacrilamidas catiónicas, polímeros que contienen unidades de vinilamina y/o cloruro de polialil dimetil amonio con una masa molar promedio Mw de al menos 500000 Da en cada caso y una densidad de carga de cada caso no superior a 4,0 meq/g se usan como polímeros catiónicos del sistema de micropartículas, el sistema de micropartículas usado como coadyuvante de retención está libre de polímeros con una densidad de carga superior a 4 meq/g. Los ejemplos comparativos 1 y 2 describen el procesamiento en casa de material de papel en máquinas de papel para producir papel. En cada caso, se dosificó poliacrilamida catiónica antes del tamiz y se dosificó la bomba y la bentonita después del tamiz y antes de la caja de entrada.
El documento US 2008/000601 A1 describe un proceso para la producción de papel, cartulina y cartón mediante el drenaje de un material de papel en una formación de lámina de alambre y secar las láminas. Esta formación de láminas se lleva a cabo en ausencia de floculantes inorgánicos finamente divididos y mediante el uso de (a) polímeros que comprenden unidades de vinilamina y/o polivinilformamida de masa molar todos, en cada caso, al menos 1 millón y (b) al menos una poliacrilamida catiónica o no iónica y/o una polimetacrilamida catiónica o no iónica con una masa molar de, cada caso, al menos 2,5 millones. El ejemplo comparativo 1 describe la dosificación de polivinilamina que tiene una masa molar de 1,2 millones y una densidad de carga de 3,0 meq/g y el copolímero de 70 % en peso de acrilamida y 30 % en peso de metocloruro de dimetilaminoetilacrilato con una masa molar de 1 millón y una densidad de carga de 1,7 meq/g en material de papel antes de la última etapa de cizallamiento seguida de bentonita antes de la caja de entrada.
En la producción de papel y cartón, la máquina de papel puede verse limitada por la cantidad de agua retenida en la trama final después de la sección de prensa cuando la máquina de papel usa la máxima energía de secado. La retención de fibra y artículos de relleno también está limitada cuando se usan sistemas de coadyuvantes de retención y drenaje estándar debido a posibles problemas de calidad del papel. El rendimiento de retención y deshidratación se puede mejorar mediante el uso de adiciones más altas de productos químicos que ayudan a la retención y al drenaje, tales como la poliacrilamida y la bentonita. Sin embargo, dosis mayores de estos productos químicos pueden afectar negativamente a las propiedades físicas de la lámina de papel.
Una desventaja particular de muchos sistemas de micropartículas convencionales es que el drenaje tiende a aumentar simultáneamente con el aumento de la retención. Aunque esto puede haberse percibido como una ventaja hace varios años, con las modernas máquinas de papel de alta velocidad, el drenaje muy alto puede ser una desventaja. Este puede ser el caso de las máquinas formadoras de huecos y las máquinas fourdrinier de capas múltiples. El cartón de cajas plegables se produce normalmente en máquinas fourdrinier de capas múltiples en las que la capa principal es la capa intermedia (típicamente aproximadamente 150 a 400 g/m2). Los requisitos para estos grados son una buena retención para peso base más bajo y un buen drenaje para el peso base alto. Sin embargo, en la mayoría de los casos, es necesario reducir la velocidad de la máquina de papel para las láminas de mayor peso base debido a estas limitaciones de drenaje. En muchos casos, simplemente al aumenta los componentes de ayuda a la retención, se puede mejorar el drenaje en el alambre, pero la liberación de agua en la prensa tiende a reducirse. Además, la formación también puede verse afectada negativamente.
Sería conveniente proporcionar un proceso mejorado para fabricar papel y cartón. Además, sería conveniente superar las desventajas mencionadas anteriormente.
De acuerdo con la presente invención, proporcionamos un proceso de fabricación de papel o cartón en el que se proporciona un material celulósico delgado y se somete a una o más etapas de cizallamiento y luego se escurre y un tamiz móvil para formar una lámina que se seca,
en donde el proceso emplea un sistema de retención que se aplica al material delgado, dicho sistema de retención que comprende como componentes,
I) una mezcla de diferentes polímeros catiónicos y
II) un material microparticulado,
en el que la mezcla de polímeros catiónicos comprende,
a) un polímero catiónico que tiene una densidad de carga de 0,5 y hasta 2,0 mEq por gramo y una masa molar superior a 700000 Da, cuyo polímero catiónico se selecciona de polímeros que contienen unidades de vinilamina y polietilenimina,
en el que la dosis de polímero catiónico (a) es de al menos 50 ppm y tan alta como 3000 ppm,
b) un polímero catiónico que tiene una densidad de carga inferior a 3 mEq por gramo y una viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g, que es un copolímero de
bi) monómeros etilénicamente insaturados catiónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilatos de dialquilamino, sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilamidas de dialquilamino y haluros de dialquil dialil amonio;
bii) monómeros etilénicamente insaturados no iónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en acrilamida y metacrilamida,
en el que la dosis de polímero catiónico (b) es de al menos 50 ppm y hasta 1000 ppm,
en el que el material microparticulado (ii) se selecciona del grupo que consiste en partículas a base de sílice, microgeles de sílice, sílice coloidal, soles de sílice, geles de sílice, polisilicatos, sílice catiónica, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeolitas, bentonita, hectorita, esmectitas, montmorillonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas y sepiolitas,
en donde i) la mezcla de polímeros catiónicos se dosifica en el material delgado antes de la etapa final de cizallamiento y ii) el material microparticulado se dosifica en el material delgado después de la etapa final de cizallamiento.
Los inventores encontraron que el proceso de la presente invención permite convenientemente aumentar la velocidad de las máquinas, especialmente cuando se fabrica cartón, tal como cartón de cajas plegables. Adicionalmente, el proceso permite una mejor retención sin aumentar necesariamente el drenaje. Tal mejora puede considerarse como un efecto de desacoplamiento entre retención y drenaje. Además, el proceso parece permitir la ejecución. Las láminas de papel y cartón producidas mediante el proceso de la presente invención también presentan una formación y resistencia mejoradas. Además, este proceso permite una mayor productividad del papel y cartón.
En el proceso de fabricación de papel o cartón, se fabrica típicamente un material delgado celulósico al formar primero una suspensión de material grueso a partir de materia prima y agua y luego diluir esta suspensión de material grueso con agua de dilución para formar el material delgado celulósico. El material delgado se pasará a través de una o más etapas de cizallamiento y luego se drenará en un tamiz móvil (a menudo denominado alambre de máquina) para formar una lámina húmeda que luego se puede secar. En el caso de la fabricación de cartón, se pueden combinar varias capas o pliegues para formar una lámina compuesta. Típicamente, una suspensión de material delgado puede tener una consistencia de material de entre 0,1 y 3 % de sólidos sobre el peso total de la suspensión.
En un proceso de fabricación de papel o cartón, puede haber varias etapas de cizallamiento, seleccionadas de mezcla, bombeo y tamizado. Las etapas de cizallamiento habituales incluyen una o más bombas de ventilador o uno o más tamices de presión. Típicamente, la etapa de cizallamiento final suele ser un tamiz de presión. Después de esta etapa de cizallamiento final, el material delgado puede alimentarse típicamente a la caja de entrada o caja de flujo constante que entrega el material delgado al tamiz móvil, a menudo denominado alambre de máquina.
El papel se puede formar como láminas de una sola capa. Sin embargo, el proceso es particularmente adecuado para fabricar láminas de múltiples capas o de múltiples pliegues, particularmente en el caso de la fabricación de cartón. El peso base de las respectivas capas puede ser el mismo, similar o diferente. En algunos casos, tal como en la fabricación de cartón de cajas plegables, es la capa intermedia la que tiene un peso base más alto, por ejemplo entre 150 y 400 g/m2. El proceso de la presente invención es particularmente adecuado para la fabricación de cartón.
De acuerdo con el proceso de la presente invención, la mezcla de polímeros catiónicos se dosifica en el material delgado antes de la etapa final de cizallamiento y luego el material de micropartículas se dosifica en el material delgado después de la etapa final de cizallamiento.
El polímero catiónico (a) de la mezcla que tiene una densidad de carga de 0,5 a 2,0 mEq por gramo puede ser cualquiera de varios tipos de polímeros catiónicos siempre y cuando tenga una masa molar superior a 700000 Da. La masa molar puede ser tan alta como 3000 000 Da, pero generalmente es de hasta 2000 000 Da o 2 500 000 Da. Adecuadamente, la masa molar puede ser de al menos 750000 Da y, a menudo, de al menos 800000 Da. A menudo, la masa molar será de al menos 900000 Da o incluso de al menos 1000000 Da o, en algunos casos, de al menos 1 100000 Da o incluso de al menos 1500000 Da. La masa molar puede estar, por ejemplo, entre 1000000 Da y 2000 000 Da o 2500000 Da o 3000000 Da, por ejemplo 1100000 Da a 1800000 Da. Una masa molar preferida es de 1,5 a 2,5 millones de Da. La densidad de carga puede ser de al menos 1 mEq por gramo o de al menos 1,5 mEq por gramo. La densidad de carga puede ser, por ejemplo, cualquier valor superior a éste, por ejemplo hasta 2,0 mEq por gramo. Adecuadamente, este polímero catiónico puede ser cualquiera de los polímeros generalmente descritos como polietileniminas, polietileniminas modificadas, polímeros de vinilcarboxamidas, tales como N-vinil formamida, seguido de hidrólisis parcial o completa para producir unidades de vinilamina. Los polímeros preferidos se seleccionan del grupo que consiste en polivinilaminas y polivinilcarboxamidas parcialmente hidrolizadas.
Los polímeros catiónicos especialmente preferidos del componente (a) incluyen polivinilaminas (incluido cualquier polímero que tenga unidades de vinilamina) con una densidad de carga de 1 a 2 mEq por gramo y que tengan una masa molar de 1,5 a 2,5 millones de Da.
La masa molar se puede determinar, por ejemplo, mediante dispersión de luz estática, dispersión de neutrones de ángulo pequeño, dispersión de rayos X o velocidad de sedimentación.
La densidad de carga de los polímeros catiónicos se puede determinar mediante valoración de una solución acuosa del polímero con polivinil sulfato de potasio (KPVS). Puede usarse un indicador adecuado, por ejemplo, azul de o-toluidina. La densidad de carga (LA), medida en miliequivalentes por gramo, puede determinarse como sigue:
Figure imgf000005_0001
Donde
FK es el factor de corrección para la fracción no volátil de la solución de polímero.
FK = TN / FR
TN es la fracción no volátil teórica de la solución de polímero;
FR es la fracción no volátil medida de la solución de polímero;
KV es el volumen de KPVS usado en la valoración, en ml;
CK es la concentración de la solución de KPVS, en miliequivalentes/ml;
PT es la masa teórica del polímero usado, en gramos.
Las polietileniminas o polietileniminas modificadas pueden ser como se define a continuación, incluidos los productos de condensación que contienen nitrógeno descritos en la especificación abierta alemana DE 2434816. Estos se obtienen al hacer reaccionar compuestos de poliamidoamina con derivados de poli(óxido de alquileno) cuyos grupos hidroxilo terminales han reaccionado con epiclorhidrina. Otras polietileniminas adecuadas se describen en los documentos WO 97/25367 A1,WO 94/14873 A1, y WO 94/12560 A1. Las polietileniminas o polietileniminas modificadas pueden someterse subsecuentemente a ultrafiltración como se describe en los documentos WO 00/67884 A1 y WO 97/23567 A1. Las polietileniminas y polietileniminas modificadas adecuadas incluyen polialquileniminas, polialquilen poliaminas, poliamidoaminas, polialquilenglicol poliaminas, poliamidoaminas injertadas con etilenimina y subsecuentemente reaccionadas con al menos reticulantes difuncionales, y mezclas y copolímeros de los mismos.
Los polímeros catiónicos preferidos (a) tienen una densidad de carga de 0,5 hasta 2,0 mEq por gramo y una masa molar superior a 700 000 Da polímeros que contienen unidades de vinilamina. Estos incluyen polivinilcarboxamidas parcialmente hidrolizadas. Con mayor preferencia, estos polímeros catiónicos son homopolímeros o copolímeros de N-vinilformamida. Estos pueden obtenerse al polimerizar N-vinilformamida para dar homopolímeros o al copolimerizar N-vinilformamida junto con al menos otro monómero etilénicamente insaturado. Las unidades de vinilformamida de estos polímeros no se hidrolizan, a diferencia de la preparación de polímeros que comprenden unidades de vinilamina. Los copolímeros pueden ser catiónicos, aniónicos o anfóteros. Los polímeros catiónicos se obtienen, por ejemplo, al copolimerizar N-vinilformamida con al menos otro monómero soluble en agua etilénicamente insaturado compatible, por ejemplo acrilamida. Tales polímeros se pueden producir, por ejemplo, como en solución acuosa, como polvo, como una emulsión o dispersión de fase inversa o como una dispersión acuosa.
Se conocen polímeros que comprenden unidades de vinilformamida. Por ejemplo, el documento EP-A 0 071 050 describe polímeros básicos lineales que comprenden de 90 a 10 % en moles de unidades de vinilamina y de 10 a 90 % en moles de unidades de vinilformamida. Estos polímeros se obtienen al polimerizar N-vinilformamida mediante el proceso de polimerización en solución en agua, el proceso de polimerización en suspensión inversa, el proceso de polimerización en emulsión agua-en-aceite o el proceso de polimerización por precipitación y, en cada caso, posterior desprendimiento parcial de grupos formilo de las polivinilformamidas para formar unidades de vinilamina.
También es adecuado producir un polvo de polímero que comprende unidades de vinilformamida mediante polimerización por radicales de una solución acuosa de N-vinilformamida y si es apropiado otros monómeros y secado del polímero. Típicamente, esto comprende una solución acuosa de monómeros que comprende N-vinilformamida y al menos un iniciador de polimerización que se distribuye por pulverización como aerosol o gotitas en la parte superior de un reactor en forma de torre calentable. Luego, el aerosol o las gotitas se polimerizan en una atmósfera de gas inerte para formar un sólido finamente dividido seguido de la descarga del polímero finamente dividido del reactor. Esto se describe, por ejemplo, en el documento EP 1948648.
Otra forma particularmente conveniente de tales polivinilcarboxamidas incluye dispersiones acuosas. Dichas dispersiones acuosas de polímeros solubles en agua de N-vinilcarboxamidas pueden caracterizarse por estar sustancialmente libres de sal y comprender estabilizadores poliméricos aniónicos que tienen una estructura molecular en forma de peine. Las dispersiones acuosas pueden contener al menos un estabilizador polimérico que tiene una estructura molecular en forma de peine, que se obtiene por copolimerización de mezclas de monómeros que comprenden macromonómeros y que está presente como un anión en las condiciones de polimerización. La estructura de los estabilizadores se puede describir, por ejemplo, como una cadena principal hidrocarbonada con grupos aniónicos y cadenas laterales de polialquilenglicol apolares. En el medio de polimerización acuoso, estos estabilizadores actúan, por ejemplo, como un estabilizador y/o como un agente de precipitación de las partículas de polímero que se forman. Estos polímeros pueden obtenerse por copolimerización de mezclas de monómeros que comprenden macromonómeros, por ejemplo, como se describe en el documento EP 1945683.
Las mezclas de 25 o 50 a 100 % en peso de N-vinilformamida y de 0 a 50 o 75 % en peso de uno o más de dichos comonómeros son adecuadas para la preparación de polímeros de N-vinilcarboxamida solubles en agua. Las dispersiones acuosas pueden estar sustancialmente libres de sal. Aquí, "sustancialmente libre de sal" significa que cualquier cantidad de sales inorgánicas que todavía esté presente en las dispersiones es muy pequeña, preferentemente menos de aproximadamente 1 % en peso, particularmente preferentemente menos de 0,5 % en peso y muy particularmente preferentemente menos de 0,3 % en peso en total, cada caso en base al peso total de la dispersión acuosa. Las dispersiones acuosas de polímeros solubles en agua de N-vinilcarboxamidas tienen preferentemente un alto contenido de polímero y comprenden preferentemente polímeros que tienen masas molares elevadas y simultáneamente una viscosidad baja.
El polímero catiónico (b) que tiene una densidad de carga inferior a 3 mEq por gramo y una viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g es un copolímero de
bi) monómeros etilénicamente insaturados catiónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilatos de dialquilamino, sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilamidas de dialquilamino y haluros de dialquil dialil amonio;
bii) monómeros etilénicamente insaturados no iónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en acrilamida y metacrilamida
Este polímero catiónico contiene preferentemente al menos 5 % en moles de unidades de monómero catiónico y hasta 60 % en moles de unidades de monómero catiónico, con mayor preferencia entre 5 y 40 % en moles de unidades de monómero catiónico, especialmente entre 5 y 20 % en moles. Un primer coadyuvante de retención polimérico particularmente preferido son también poliacrilamidas catiónicas que comprenden acrilamida y al menos un monómero catiónico etilénicamente insaturado soluble en agua, preferentemente sales de amonio cuaternario de alquil (met)acrilatos de dialquilamino o acrilamidas N-sustituidas, especialmente el cloruro de metilo de sales cuaternarias de amonio de etil acrilato de dimetilamino.
Preferentemente, el primer coadyuvante de retención polimérico presenta una viscosidad intrínseca de al menos 5 y, a menudo, al menos 6 dl/g. En muchos casos, puede ser de al menos 7 o incluso de al menos 8,5 o 9 dl/g y a menudo de al menos 10 dl/g y con mayor preferencia de al menos 12 dl/g y particularmente de al menos 14 o 15 dl/g. No hay un peso molecular máximo necesario para este polímero catiónico de densidad de carga por debajo de 3 mEq por gramo y, por tanto, no hay un valor superior particular de viscosidad intrínseca. De hecho, la viscosidad intrínseca puede llegar incluso a 30 dl/g o más. Generalmente, aunque el primer coadyuvante de retención polimérico tiene a menudo una viscosidad intrínseca de hasta 25 dl/g, por ejemplo hasta 20 dl/g.
La viscosidad intrínseca de los polímeros se puede determinar al preparar una solución acuosa del polímero (0,5-1 % p/p) en base al contenido activo del polímero. Se diluyen 2 g de esta solución de polímero al 0,5-1 % a 100 ml en un matraz aforado con 50 ml de solución de cloruro de sodio 2 M tamponada a pH 7,0 (mediante el uso de 1,56 g de dihidrogenofosfato de sodio y 32,26 g de hidrogenofosfato de disodio por litro de agua desionizada) y el conjunto se diluye hasta la marca de 100 ml con agua desionizada. La viscosidad intrínseca de los polímeros se mide mediante el uso de un viscosímetro de nivel suspendido número 1 a 25 °C en una solución salina tamponada 1M. Los valores de viscosidad intrínseca indicados se determinan de acuerdo con este método a menos que se indique de cualquier otra manera.
Convenientemente, los polímeros de uno o ambos del primer y/o segundo coadyuvantes de retención poliméricos pueden proporcionarse como emulsiones de fase inversa preparadas mediante polimerización en emulsión de fase inversa, opcionalmente seguida de deshidratación a presión y temperatura reducidas y a menudo referida como deshidratación azeotrópica para formar una dispersión de partículas de polímero en aceite. Alternativamente, el polímero puede proporcionarse en forma de perlas y prepararse mediante polimerización en suspensión en fase inversa, o prepararse como un polvo mediante polimerización en solución acuosa seguida de trituración, secado y luego trituración. Los polímeros pueden producirse como perlas mediante polimerización en suspensión o como una emulsión o dispersión de agua en aceite mediante polimerización en emulsión de agua en aceite, por ejemplo de acuerdo con un proceso definido por los documentos EP-A-150933, EP-A-102760 o EP-A-126528.
Generalmente, los dos polímeros catiónicos diferentes que forman la mezcla polimérica catiónica pueden prepararse cada uno en soluciones acuosas por separado antes de combinarse. Alternativamente, en algunos casos puede ser conveniente preparar la mezcla polimérica al disolver los dos polímeros catiónicos diferentes juntos. Típicamente, las soluciones acuosas de los dos coadyuvantes de retención poliméricos se pueden lograr al disolver individualmente los respectivos polímeros en agua. Esto puede conseguirse, por ejemplo, en un dispositivo de preparación de solución de polímero adecuado. Dicho equipo se describe en la técnica anterior y, por ejemplo, BASF lo comercializa con la marca comercial Jet Wet™.
Una forma conveniente de preparar la mezcla es hacer fluir uno de los polímeros catiónicos en una línea de alimentación que lleva el otro polímero catiónico forma una mezcla de los dos polímeros que luego se suministra a la suspensión de material celulósico delgado. Alternativamente, puede ser conveniente combinar los dos polímeros y luego almacenar la mezcla en un recipiente de almacenamiento, para su posterior suministro a la suspensión de material delgado.
La mezcla de polímeros catiónicos, que generalmente está presente como una mezcla acuosa, puede contener el polímero catiónico (a) que tiene una densidad de carga de 0,5 a 2,0 mEq por gramo y una masa molar superior a 700 000 Da a una concentración de a al menos 0,05 % y a menudo hasta 10 % o 20 % o 30 % o más, por ejemplo al menos 1 % o al menos 2 % (en base al peso total de la mezcla) y el polímero catiónico (b) con una densidad de carga inferior a 3 mEq por gramo y una viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g a una concentración de al menos 0,05 %, al menos 0,1 % o al menos 0,2 % y a menudo hasta 1 % o 2 %, aunque en algunos casos puede ser conveniente que la concentración sea de hasta el 5 % (en base al peso total de la mezcla). La relación exacta de los dos polímeros catiónicos diferentes dependerá de la dosis deseada requerida para cada polímero catiónico respectivo. Generalmente, la dosis de polímero catiónico (a) puede ser a menudo de al menos 100 ppm. Frecuentemente, la dosis será de al menos 200 ppm y, en algunos casos, de al menos 500 ppm. La dosis a menudo será de hasta 2500 ppm y, en algunos casos, hasta 2000 ppm.
Normalmente, la dosis de polímero catiónico (b) de densidad de carga inferior a 3 mEq por gramo y viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g es frecuentemente de al menos 100 ppm. Las dosis en el intervalo de al menos 150 ppm o al menos 200 ppm hasta una dosis de 600 ppm a menudo pueden ser particularmente adecuadas. Todas las dosificaciones de los respectivos polímeros catiónicos se basan en el peso activo del polímero catiónico sobre el peso en seco de la suspensión celulósica de material delgado.
El material microparticulado empleado en la presente invención se selecciona del grupo que consiste en partículas a base de sílice, microgeles de sílice, sílice coloidal, soles de sílice, geles de sílice, polisilicatos, sílice catiónica, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeolitas, bentonita, hectorita, esmectitas, montmorillonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas y sepiolitas.
La sílice puede ser, por ejemplo, cualquier sílice coloidal, por ejemplo, como se describe en el documento WO-A-8600100. El polisilicato puede ser un ácido silícico coloidal como se describe en el documento US-A-4,388,150. Los polisilicatos se pueden preparar al acidificar una solución acuosa de un silicato de metal alcalino. Los polialuminosilicatos pueden ser, por ejemplo, ácido polisilícico aluminizado, fabricado al formar primero micropartículas de ácido polisilícico y luego tratar posteriormente con sales de aluminio, por ejemplo, como se describe en el documento US-A-5,176,891. Dichos polialuminosilicatos consisten en micropartículas silícicas con el aluminio ubicado preferentemente en la superficie.
Alternativamente, los polialuminosilicatos pueden ser microgeles polisicílicos poliparticulados de área superficial en exceso de 1000 m2/g formado por la reacción de un silicato de metal alcalino con ácido y sales de aluminio solubles en agua, por ejemplo, como se describe en el documento US-A-5,482,693. Típicamente, los polialuminosilicatos pueden tener una relación molar de alúmina: sílice de entre 1:10 y 1:1500.
El material silíceo puede ser un borosilicato coloidal, por ejemplo, como se describe en el documento WO-A-9916708. Las arcillas hinchables pueden ser, por ejemplo, típicamente una arcilla de tipo bentonita. Las arcillas preferidas son hinchables en agua e incluyen arcillas que son naturalmente hinchables en agua o arcillas que pueden modificarse, por ejemplo, mediante intercambio iónico para hacerlas hinchables en agua. Las arcillas hinchables en agua adecuadas incluyen, pero no se limitan a, arcillas a las que a menudo se hace referencia como hectorita, esmectitas, montmorillonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas y sepiolitas. Las arcillas de hinchamiento aniónicas típicas se describen en los documentos EP-A-235893 y EP-A-335575.
Con la máxima preferencia, la arcilla es una arcilla de tipo bentonita. La bentonita se puede proporcionar como bentonita de metal alcalino. Las bentonitas se encuentran de forma natural como bentonitas alcalinas, como la bentonita de sodio, o como la sal de metal alcalinotérreo, normalmente la sal de calcio o magnesio. Generalmente, las bentonitas de metales alcalinotérreos se activan mediante tratamiento con carbonato de sodio o bicarbonato de sodio. La arcilla de bentonita hinchable activada se suministra a menudo a la fábrica de papel como polvo seco.
Alternativamente, la bentonita se puede proporcionar como una suspensión fluida con alto contenido de sólidos, por ejemplo, al menos 15 o 20 % de sólidos, por ejemplo, como se describe en los documentos EP-A-485124, WO-A-9733040 y WO-A-9733041.
La suspensión celulósica usada para fabricar la pulpa en la presente invención puede prepararse mediante métodos convencionales, por ejemplo a partir de madera u otra materia prima. Puede usarse papel o cartón de desecho desentintado para proporcionar algo de él. Por ejemplo, la madera puede descortezarse y luego someterse a técnicas de trituración, pulpa química o térmica, por ejemplo para hacer una pulpa mecánica, una pulpa termomecánica o una pulpa química. La fibra puede blanquearse, por ejemplo, mediante el uso de un proceso de blanqueo convencional, tal como el empleo de bisulfito o hidrosulfito de magnesio. La pulpa puede haber sido lavada y escurrida y re-lavada con agua u otro licor de lavado acuoso antes de alcanzar la etapa de drenaje final en la máquina de fabricación de pulpa. La suspensión celulósica de material delgado puede contener fibra mecánica. Por fibra mecánica entendemos que la suspensión celulósica comprende pulpa mecánica, lo que indica cualquier pulpa de madera fabricada totalmente o en parte mediante un proceso mecánico, incluida la madera molida a la piedra (SGW), la madera molida presurizada (PGW), la pulpa termomecánica (TMP), la pulpa quimiotermomecánica (CTMP) o pulpa quimiotermomecánica blanqueada (BCTMP). Los grados de papel mecánico contienen diferentes cantidades de pulpa mecánica, que generalmente se incluye para proporcionar las propiedades ópticas y mecánicas deseadas. En algunos casos, la pulpa usada para fabricar el papel relleno puede estar formada enteramente por una o más de las pulpas mecánicas mencionadas anteriormente. Además de las pulpas mecánicas, a menudo se incluyen otras pulpas en la suspensión celulósica. Típicamente, las otras pulpas pueden formar al menos el 10 % en peso del contenido total de fibra. Estas otras pulpas que se incluyen en la receta del papel incluyen pulpa destintada y pulpa al sulfato (a menudo denominada pulpa kraft).
Los siguientes ejemplos ilustran la invención.
Ejemplos
Ejemplo 1
Ensayo confidencial en un proceso para fabricar papel
La fábrica produce papel recubierto sin madera en un formador de huecos. La pasta es una pulpa química 100 % blanqueada que consiste de 25 % de abedul y un 75 % de pino. La norma canadiense de drenabilidad del abedul (fibra corta) es 350-450 y el pino (fibra larga) es 500-560. El relleno fresco es PCC (carbonato cálcico precipitado) y se incluyó en el material en una cantidad del 10 %. Los PCC se produjeron in situ con un tamaño promedio de partícula de 2,3 pm. La consistencia del material en la caja de entrada es del 0,8 %.
La velocidad de la máquina y los niveles de retención dependen del peso base: los pesos base más altos (por encima de 75 g/m2) funcionan a velocidades más bajas debido a una limitación de vapor (secador) pero con valores de retención más altos. El coadyuvante de retención en uso es el sistema Hydrocol con Polymin 1830 como PAM (poliacrilamida catiónica que contiene 10 por ciento en moles de unidades de monómero catiónico) pre-tamizado añadido y post-tamizado con bentonita añadido. Se añade bentonita con tasas de dosificación típicas de 2,4 kg/t (en base a la bentonita seca sobre pasta seca). Se añade Polymin 1830 que tiene una viscosidad intrínseca superior a 3 dl/g y una densidad de carga inferior a 3 mEq por gramo, con tasas de dosificación típicas de 0,2 - 0,4 kg/t (en base al polímero seco sobre pasta seca). Estas tasas de adición varían en dependencia de las condiciones de la pasta y las propiedades del papel. Si se hubieran aplicado mayores cantidades de Polymin 1830 de forma convencional, habrían sido evidentes efectos perjudiciales tanto en la formación de la lámina como en las propiedades de resistencia.
De acuerdo con la invención se repite el ensayo antes mencionado con la adición extra de 0,75 kg/t (en base al polímero seco sobre pasta seca) de Polymin VZ (polivinilamina con una densidad de carga superior a 0,5 mEq por gramo pero inferior a 3 mEq por g) y una masa molar de más de 700 000 Da) en el agua de dilución final de la poliacrilamida catiónica antes mencionada para formar una mezcla polimérica catiónica (Polymix) de acuerdo con la presente invención, la humedad de la sección de prensa se redujo en un 0,7 % y el consumo de vapor se redujo. La mezcla polimérica catiónica antes mencionada también aumentó la retención total/de cenizas con una adición de 25 % menor de la poliacrilamida catiónica con los mismos valores de formación y resistencia. Estos resultados se obtuvieron sobre pesos base superiores a 75 g/m2 de papel recubierto final.

Claims (2)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso de fabricación de papel o cartón en el que se proporciona un material celulósico delgado y se somete a una o más etapas de cizallamiento y luego se escurre y un tamiz móvil para formar una lámina que se seca,
en donde el proceso emplea un sistema de retención que se aplica al material delgado, dicho sistema de retención comprende como componentes
i) una mezcla de diferentes polímeros catiónicos y
ii) un material microparticulado,
en el que la mezcla de polímeros catiónicos comprende,
a) un polímero catiónico que tiene una densidad de carga de 0,5 y hasta 2,0 mEq por gramo y una masa molar superior a 700000 Da, cuyo polímero catiónico se selecciona de polímeros que contienen unidades de vinilamina y polietilenimina,en el que la dosis de polímero catiónico (a) es de al menos 50 ppm y tan alta como 3000 ppm,
b) un polímero catiónico que tiene una densidad de carga inferior a 3 mEq por gramo y una viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g, que es un copolímero de
bi) monómeros etilénicamente insaturados catiónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilatos de dialquilamino, sales cuaternarias o ácidas de alquil (met)acrilamidas de dialquilamino y haluros de dialquil dialil amonio;
bii) monómeros etilénicamente insaturados no iónicos solubles en agua seleccionados del grupo que consiste en acrilamida y metacrilamida,
en el que la dosis de polímero catiónico (b) es de al menos 50 ppm y hasta 1000 ppm, en el que el material microparticulado (ii) se selecciona del grupo que consiste en partículas a base de sílice, microgeles de sílice, sílice coloidal, soles de sílice, geles de sílice, polisilicatos, sílice catiónica, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeolitas, bentonita, hectorita, esmectitas, montmorillonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas y sepiolitas, en donde i) la mezcla de polímeros catiónicos se dosifica en el material delgado antes de la etapa final de cizallamiento y ii) el material microparticulado se dosifica en el material delgado después de la etapa final de cizallamiento.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que a) el polímero catiónico que tiene una densidad de carga de 0,5 y hasta 2,0 mEq por gramo y una masa molar superior a 700000 Da se selecciona del grupo que consiste en polivinilamina y polivinilcarboxamidas parcialmente hidrolizadas.
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