BR0215229B1 - Processo para produção de papel a partir de uma suspensão contendo fibras celulósicas e, opcionalmente, agentes de carga, composição aquosa contendo sílica. - Google Patents

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"PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE PAPEL A PARTIR DE UMA

SUSPENSÃO CONTENDO FIBRAS CELULÓSICAS E, OPCIONALMENTE, AGENTES DE CARGA, COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA" A presente invenção se refere a um processo para produção de papel a partir de uma suspensão contendo fibras celulósicas, compreendendo a adição de pelo menos um polímero orgânico catiônico e uma composição aquosa contendo sílica, a qual compreende um condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas aniônicas à base de sílica. A invenção ainda se refere a uma composição aquosa contendo sílica e a métodos para preparação da composição aquosa contendo sílica, além do uso da composição aquosa contendo sílica.

Antecedentes da Invenção No segmento de fabricação de papel, uma suspensão aquosa contendo fibras celulósicas e opcionalmente agentes de carga e aditivos, referida como matéria-prima, é alimentada dentro de uma caixa superior, que ejeta a matéria-prima sobre uma tela modeladora. A água é drenada da matéria-prima através da tela modeladora, de modo a se formar um tecido úmido de papel, o qual é desidratado sobre a tela. 0 tecido de papel é depois seco numa seção de secagem da máquina de papel. Dispositivos auxiliares de drenagem e retenção são depois convencionalmente introduzidos dentro da matéria-prima, a fim de facilitar a drenagem e aumentar a adsorção de partículas finas sobre as fibras celulósicas, de modo a reter tais partículas com as fibras, sobre a tela. 0 documento de Patente U.S. No. 4.388.150 divulga um aglutínante de fabricação de papel, que compreende um complexo de amido catiônico e ácido silicico coloidal, para produzir um papel que apresenta maior resistência e aperfeiçoados níveis de retenção de minerais adicionados e de finos usados na fabricação de papel. 0 documento de Patente U.S. No. 4.750.974 divulga um aglutinante coacervado para uso. na fabricação de papel, compreendendo uma combinação terciária de um amido catiônico, um polímero aniônico de alto peso molecular e uma silica dispersa. O documento de Patente U.S. No. 5.368.833 divulga sóis de silica contendo partículas de silica modificadas por alumínio, com alta área superficial específica e um alto teor de microgel. O documento de Patente U.S. No. 6.083.997 divulga nano-compostos aniônicos, que são preparados mediante adição de um polieletrólito a uma solução de silicato, com posterior combinação dos mesmos com ácido silicico. Os nano-compostos exibem satisfatório desempenho de retenção e drenagem na fabricação de papel. O documento de Patente EP 0 418 015 Al divulga uma composição de engomagem ativa, contendo uma emulsão aquosa em combinação com um dispersante ou emulsificante aniônico. Ao utilizar poliacrilamida aniônica, amido aniônico ou silica coloidal, a densidade de carga aniônica na composição de engomagem pode ser prolongada. O documento de Patente U.S. No. 4.443.496 se refere a um método para modificação de uma camada superficial de cimento endurecido ou substratos, mediante uso de um agente que compreende numa proporção específica, uma solução de silicato alcalino e um condensado de formaldeido e naftalenossulfonato de sódio. 0 documento de Patente U.S. No. 4.559.241 se refere a uma solução aquosa de um silicato de metal alcalino e nitreto. A solução pode também conter aditivos, como, por exemplo, um condensado de formaldeido com naftalenossulfonato. 0 documento de Patente U.S. No. 5.595.629 se refere a um processo de fabricação de papel compreendendo a adição à pasta fluida de um polímero aniônico e um polímero catiônico, a fim de aumentar a retenção e/ou desidratação. 0 polímero aniônico compreende um condensado de formaldeido de um sal de ácido naftalenossulfônico, com um peso molecular variando de 500 a 120.000. O documento de Patente U.S. No. 6.033.524 divulga um método para aumentar a retenção e drenagem de componentes de carga em um dispositivo de produção de papel, em um processo de fabricação de papel, compreendendo a adição ao dispositivo de uma pasta fluida de componentes de carga, também contendo um agente intensificador fenólico. O documento de Patente U.S. No. 4.772.332 se refere a uma pasta fluida estabilizada por calor de um pigmento de caulim a granel, a qual é preparada mediante mistura de um material catiônico solúvel em água com o pigmento de argila de caulim, na presença de água. O documento de Patente U.S. No. 5.733.414 se refere a um processo para fabricação de papel a partir de uma suspensão celulósica, compreendendo a adição de um polímero catiônico solúvel em água a uma resina de condensado de formaldeído solúvel em água. 0 documento de Patente U.S. No. 5.110.414 divulga um procedimento para fabricação de produtos de material lignocelulósico e aperfeiçoamento de suas características de resistência e resistência à água, em que derivados de lignina de alta massa molar são adicionados ao material.

Seria vantajoso, se ter a possibilidade de se proporcionar agentes auxiliares de drenagem e retenção com aperfeiçoado desempenho. Seria também vantajoso, se ter a possibilidade de se proporcionar agentes auxiliares de drenagem e retenção com satisfatória estabilidade ao armazenamento. Adicionalmente, seria ainda vantajoso, se ter a possibilidade de se proporcionar um processo de fabricação de papel com aperfeiçoado desempenho de drenagem e/ou retenção.

Descrição da Invenção De acordo com a presente invenção, foi inesperadamente descoberto que pode ser obtido um aperfeiçoado efeito de drenagem e/ou retenção de uma suspensão celulósica sobre uma tela, mediante uso de uma composição aquosa contendo sílica, que compreende um condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica. A presente invenção torna possível aumentar a velocidade da máquina de papel e utilizar uma menor dosagem de aditivos, de modo a produzir um correspondente efeito de drenagem e/ou retenção, dessa forma, proporcionando um aperfeiçoado processo de fabricação de papel, além de benefícios econômicos. 0 termo "agente auxiliar de drenagem e retenção" conforme aqui usado, se refere a um ou mais componentes, os quais, quando adicionados a uma suspensão aquosa celulósica, proporcionam melhores características de drenagem e/ou retenção do que quando obtidas sem a adição dos referidos um ou mais componentes. Todos os tipos de matérias-primas, em particular, matérias-primas tendo altos teores de sais (alta condutividade) e substâncias coloidais, irão obter melhores desempenhos de drenagem e retenção, mediante adição da composição de acordo com a presente invenção.

Os desempenhos aperfeiçoados de drenagem e retenção são importantes em processos de fabricação de papel, por exemplo, em processos com um alto grau de licor branco final, isto é, prolongada reciclagem de licor branco e limitado suprimento de água limpa.

Em conformidade com a presente invenção, é fornecido um processo para produção de papel a partir de uma suspensão contendo fibras celulósicas, e opcionalmente agentes de carga, compreendendo a adição à suspensão de pelo menos um polímero orgânico catiônico e uma composição aquosa contendo sílica, que compreende um condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas aniônicas ,à base de sílica, a composição apresentando uma proporção em peso do condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para as partículas à base de sílica, calculado como Si02, dentro da faixa de 0,2:1 a 99:1 e contendo um condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como Si02, numa quantidade de pelo menos 0,01% em peso, baseado no peso total da composição aquosa contendo silica e com a condição de que a composição não contenha, substancialmente, nenhum aqente de engomaqem reativo à celulose. É ainda fornecida uma composição aquosa contendo silica, compreendendo um condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato e partículas aniônicas à base de silica, que compreende partículas à base de silica na forma de agregados ou de microgel, a composição apresentando uma proporção em peso do condensado de formaldeido e naftalenossulfonato para as partículas à base de silica, calculado como SÍO2, dentro da faixa de 0,2:1 a 99:1 e contendo um condensado de formaldeido e naftalenossulfonato e partículas à base de silica, calculado como SÍO2, numa quantidade de pelo menos 0,01% em peso, baseado no peso total da composição aquosa contendo silica e com a condição de que a composição não contenha, substancialmente, nenhum agente de engomagem reativo à celulose. É ainda fornecida uma composição aquosa contendo silica, a qual pode ser obtida mediante mistura de um condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato com um sol à base de silica estabilizado com uma solução aquosa de álcali, tendo um valor-S na faixa de até 5 a cerca de 50%, contendo partículas aniônicas à base de silica na forma de agregados ou de microgel, para proporcionar uma composição aquosa contendo silica, contendo um condensado de formaldeido e naftalenossulfonato e partículas à base de silica, calculado como Si02, numa quantidade de pelo menos 0,01% em peso, baseado no peso total da composição aquosa contendo sílica e com a condição de que a composição não contenha, substancialmente, nenhum agente de engomagem reativo à celulose. É ainda fornecido um método para preparação de uma composição aquosa contendo sílica, que compreende misturar na presença de substancialmente nenhum agente de engomagem reativo à celulose, um condensado aniônico de formaldeído e naf talenossulf onato com um sol à base de sílica estabilizado com uma solução aquosa de álcali, tendo um valor-S na faixa de cerca de 5 a cerca de 50%, contendo partículas aniônicas à base de sílica na forma de agregados ou de microgel, para proporcionar uma composição aquosa contendo sílica, tendo uma proporção em peso do condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para as partículas à base de sílica dentro da faixa de 0,2:1 a 99:1 e contendo um condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas a base de sílica, calculado como SÍO2, numa quantidade de pelo menos 0,1% em peso. É ainda proporcionado um método para preparação de uma composição aquosa contendo sílica, que compreende a mistura de uma solução aquosa de um condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato, tendo uma condutividade inferior a 20 mS/cm, com partículas à base de sílica contendo um sol estabilizado por uma solução aquosa de álcali, para proporcionar uma composição aquosa contendo sílica que compreende um condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como S1O2, numa quantidade de pelo menos 0,01% em peso. É ainda fornecido um método para preparação de uma composição aquosa contendo silica, que compreende a dessalinização de uma solução aquosa de um condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato, misturando a solução aquosa do condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato dessalinizado com partículas à base de silica contendo um sol estabilizado por uma solução aquosa de álcali, para proporcionar uma composição aquosa contendo silica, que compreende um condensado de formaldeido e naftalenossulfonato e partículas à base de silica, calculado como SÍO2, numa quantidade de pelo menos 0,01% em peso. É ainda fornecido um método para preparação de uma composição aquosa contendo silica, que compreende misturar na presença de substancialmente nenhum agente de engomagem reativo à celulose, um condensado aniônico de formaldeido e naf talenossulf onato com um sol à base de silica, estabilizado com uma solução aquosa de álcali, tendo um valor-S na faixa de cerca de 5 a cerca de 50%, contendo partículas aniônicas à base de silica na forma de agregados ou de microgel, para proporcionar uma composição aquosa contendo silica, contendo um condensado de formaldeido e naftalenossulfonato e partículas à base de silica, calculado como SÍO2, numa quantidade de pelo menos 0,1% em peso. É ainda fornecida uma composição aquosa contendo silica, que pode ser obtida pelos métodos de acordo com a invenção. A invenção se refere ainda ao uso da composição aquosa contendo sílica como um agente de floculação, na produção de polpa e papel e ainda para purificação de água. 0 processo para produção de papel de acordo com a presente invenção, compreende a adição a uma suspensão de pelo menos um polímero orgânico catiônico e uma composição aquosa contendo sílica, a qual compreende um condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica. 0 termo "condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato", conforme aqui usado, representa um grupo de polímeros obtidos mediante polimerização por condensação do formaldeído com um ou mais ácidos naftalenossulfônicos ou sais do mesmo. 0 condensado de formaldeído e naftalenossulfonato pode ser reagido com uma base, tal como, hidróxido de metal alcalino e de metal alcalino terroso, por exemplo, hidróxido de sódio, amônia ou uma amina, por exemplo, trietilamina, formando, dessa forma, um íon de carga contrária a metal alcalino, metal alcalino terroso ou amônia. O condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato apresenta um peso molecular de pelo menos cerca de 500, adequadamente de cerca de 1.000. O limite superior não é crítico, podendo ser de até 1.000.000, normalmente de até 300.000, adequadamente de até 150.000 e preferencialmente de até 60.000. A composição aquosa contendo sílica usada no processo de acordo com a invenção também compreende partículas aniônicas à base de sílica, isto é, partículas à base de SÍO2, preferencialmente formadas mediante polimerização de ácido silicico, abrangendo homopolimeros e copolímeros. Opcionalmente, as partículas à base de sílica podem ser modificadas e conter outros elementos, por exemplo, amina, alumínio e/ou boro, que podem estar presentes na fase aquosa e/ou nas partículas à base de sílica.

Exemplos de adequadas partículas à base de sílica incluem sílica coloidal, sílica coloidal modificada por alumínio ou silicato de alumínio e diferentes tipos de ácido polissilícico e misturas dos mesmos, tanto individualmente como em combinação com outros tipos de partículas aniônicas à base de sílica. No segmento da técnica, o ácido polissilícico é também referido como ácido silicico polimérico, microgel de ácido polissilícico, polissilicato e microgel de polissilicato, os quais são todos abrangidos pelo termo aqui usado de ácido polissilícico. Os compostos contendo alumínio desse tipo são comumente referidos como polialuminossilicato e microgel de polialuminossilicato, incluindo sílica coloidal modificada por alumínio e silicato de alumínio. É preferido que as partículas aniônicas à base de sílica se apresentem na faixa coloidal de tamanho de partícula, isto é, partículas coloidais à base de sílica. 0 estado coloidal compreende partículas suficientemente pequenas, que não são afetadas por forças gravitacionais, mas suficientemente grandes para que não apresentem acentuado desvio das propriedades de soluções típicas, isto é, um tamanho médio de partícula significativamente inferior a 1 μπι. As partículas aniônicas à base de sílica apresentam um tamanho médio de partícula adequadamente abaixo de cerca de 50 nm, mais preferencialmente, abaixo de cerca de 20 nm e mais ainda preferencialmente, na faixa de cerca de 1 a cerca de 50 nm, mais preferencialmente, de cerca de 1 nm a cerca de 10 nm. Conforme é convencional na química da sílica, o tamanho de partícula se refere ao tamanho médio de partículas primárias, as quais podem ser agregadas ou não-agregadas. Adequadamente, as partículas à base de sílica presentes na composição aquosa contendo sílica da invenção, compreendem partículas à base de sílica na forma de agregados ou de microgel, opcionalmente e usualmente em combinação com partículas à base de sílica não-agregadas ou mono-dispersas.

Adequadamente, as partículas à base de sílica apresentam uma área superficial específica maior que 50 m2/g, preferencialmente, maior que 100 m2/g. A área superficial específica pode ser de até 1700 m2/g, preferencialmente, até 1300 m2/g e usualmente na faixa de 300 a 1300 m2/g, preferencialmente, de 500 a 1050 m2/g. A área superficial específica pode ser medida por meio de titulação com NaOH, de acordo com o método descrito por Sears, na publicação "Analytical Chemistry", 28 (1956), 12, 1981-1983, ou na Patente U.S. No. 5.176.891. A área fornecida representa então a área superficial específica média das partículas. A composição aquosa contendo sílica usada no processo de acordo com a presente invenção, pode apresentar uma proporção em peso de condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas aniônicas à base de sílica, calculado como Si02/ dentro da faixa de 0,2:1 a 99:1, adequadamente, de 0,2:1 a 90:1, preferencialmente, de 0,25:1 a 85:1. O peso total do condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato e das partículas aniônicas à base de sílica, calculado como SÍO2, contido na composição aquosa contendo sílica, é de pelo menos 0,01% em peso, calculado em relação ao peso total da composição aquosa contendo sílica; adequadamente, a concentração do condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato e das partículas aniônicas à base de sílica, calculado como SÍO2, se encontra dentro da faixa de 1 a 45% em peso, preferencialmente, dentro da faixa de 2 a 35% em peso, mais preferencialmente, de 5 a 30% em peso. Δ composição aquosa contendo sílica pode apresentar uma densidade de carga aniônica de pelo menos 0,1 meq/g, normalmente, a carga se encontra dentro da faixa de 0,1 a 6 meq/g, adequadamente, dentro da faixa de 0,1 a 5 meq/g, preferencialmente, dentro da faixa de 0,2 a 4 meq/g e mais ainda preferencialmente, de 0,2 a 3,5 meq/g. A composição aquosa contendo sílica de acordo com a presente invenção, não contém, substancialmente, nenhum agente de engomagem reativo à celulose. O termo "não contém substancialmente nenhum", significa menos ou igual a 10% em peso, adequadamente, menos que 5% em peso, preferencialmente, menos que 1% em peso, do agente de engomagem reativo à celulose estar presente na composição aquosa contendo sílica. Mais preferencialmente, não ocorre a presença de nenhum agente de engomagem reativo à celulose na composição aquosa contendo sílica.

De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, a composição aquosa contendo silica não contém, substancialmente, nenhuma quantidade de nitretos. 0 termo "substancialmente" não significa menos ou igual a 10% em peso, adequadamente, menos que 5% em peso, preferencialmente, menos que 1% em peso, de nitretos, presente na composição aquosa contendo silica. Mais preferencialmente, não ocorre a presença de nenhum agente de engomagem reativo à celulose na composição aquosa contendo silica, isto é, a composição é isenta de nitretos. O termo "nitretos" abrange todos os nitretos, tais como, nitretos de amônio, litio, potássio, sódio, cálcio e magnésio. A presente invenção se refere ainda a um método de preparação de uma composição aquosa contendo silica. Os dois componentes da composição são preferencialmente agitados juntos. O condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato pode ser adicionado a um sol aquoso contendo as partículas à base de silica ou as partículas à base de silica podem ser adicionadas a uma solução aquosa do condensado de formaldeido e naftalenossulfonato. Antes da mistura do condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato com as partículas à base de silica, a solução aquosa do condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato pode ser dessalinizada ou desionizada. A dessalinização ou desionização podem ser realizadas mediante procedimentos de diálise, filtração por membrana, ultrafiltração, osmose reversa ou troca de íons ou ainda por outros procedimentos. É preferido que a dessalinização ou desionização sejam realizadas mediante uso de ultrafiltração ou diálise. 0 condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato a ser misturado com as partículas à base de sílica apresenta as propriedades acima mencionadas e possui uma condutividade inferior a 30 mS/cm, adequadamente, inferior a 25 mS/cm, preferencialmente, inferior a 20 mS/cm e mais preferencialmente, inferior a 15 mS/cm, medida em um teor de 10% do condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato. A condutividade é de pelo menos 1 mS/cm, adequadamente de pelo menos 3 mS/cm e preferencialmente, dentro da faixa de 5 a 15 mS/cm, medida em um teor de 10% do condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato.

As partículas à base de sílica, preferencialmente, aniônicas, a serem misturadas com o condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato, apresentam as propriedades anteriormente mencionadas.

Adequadamente, as partículas à base de sílica são contidas em um sol, preferencialmente, de álcali estabilizado, antes da mistura com o condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato. O sol pode apresentar um valor-S na faixa de 5 a 50%, preferencialmente, de 8 a 45% e mais preferencialmente, de 10 a 30%. O cálculo e medição do valor-S pode ser realizado conforme descrito por Iler &

Dalton, na publicação "J. Phys. Chem.", 60(1956), 955-957. O valor-S indica o qrau de formação de agregado ou de microgel e um mais baixo valor-S é indicativo de um mais alto grau de agregação. Adequadamente, as partículas à base de sílica compreendem partículas à base de sílica na forma de agregados ou microgel, opcionalmente e normalmente em combinação com partículas à base de sílica não-agregadas ou nano-dispersas.

Adequadamente, as partículas à base de sílica apresentam uma proporção molar de Si02:Na20 inferior a 60, normalmente dentro da faixa de 5 a 60 e, preferencialmente, dentro da faixa de 8 a 55. O condensado aniônico de formaldeído e naftalenossulfonato é normalmente misturado com partículas à base de sílica em uma proporção molar dentro da faixa de 0,2:1 a 99:1, adequadamente de 0,2:1 a 90:1, preferencialmente, de 0,25:1 a 85:1.

Os produtos preparados por quaisquer destes métodos exibem uma aperfeiçoada estabilidade ao armazenamento e, portanto, um melhor desempenho no auxílio da drenagem e retenção, quando armazenados. O procedimento de mistura dos métodos acima mencionados é adequadamente realizado na presença de um agente de engomagem substancialmente não-reativo à celulose. O termo substancialmente não-reativo significa que menos ou igual a 10% em peso, adequadamente inferior a 5%, preferencialmente, inferior a 1% em peso do agente de engomagem reativo à celulose, está presente. Mais preferencialmente, não ocorre a presença de nenhum agente de engomagem reativo à celulose. A presente invenção se refere ainda a um processo para produção de papel a partir de uma suspensão aquosa contendo fibras celulósicas. O processo compreende a adição à suspensão de um polímero orgânico catiônico e da composição aquosa contendo sílica, de acordo com a invenção. 0 polímero orgânico catiônico de acordo com a invenção pode ser linear, ramificado ou reticulado.

Preferencialmente, o polímero catiônico é solúvel em água ou pode ser disperso em água.

Exemplos de adequados polímeros catiônicos incluem os polímeros orgânicos sintéticos, por exemplo, polímeros de crescimento escalonado e polímeros de crescimento em cadeia e os polímeros derivados de fontes naturais, por exemplo, polissacarídeos.

Exemplos de adequados polímeros orgânicos sintéticos catiônicos incluem polímeros de adição de vinila, tais como, polímeros à base de acrilato e acrilamida, assim como, poli(cloreto de dialil-dimetil- amônio) catiônico, iminas de polietileno catiônico, poliaminas catiônicas, polímeros à base de poliamido-aminas e vinilamida, resinas de melamina-formaldeído e uréia- formaldeído.

Exemplos de adequados polissacarídeos incluem amidos, gomas guar, derivados de- celulose, quitinas, quitosanos, glicanos (de origem de poliglicose), galactanos, glicanos (de origem de polissacarídeo), gomas de xantano, pectinas, mananos, dextrinas, preferencialmente, amidos e gomas guar. Exemplos de adequados amidos incluem batata, milho, trigo, tapioca, arroz, milho mole, cevada, etc.

Os amidos catiônicos e os polímeros catiônicos à base de acrilamida são os polímeros preferidos de acordo com a invenção, podendo ser usados individualmente, em mistura ou junto com outros polímeros, sendo particularmente preferidos os amidos catiônicos e os polímeros catiônicos à base de acrilamida tendo pelo menos um grupo aromático.

Os polímeros orgânicos catiônicos podem apresentar um ou mais grupos hidrofóbicos ligados aos mesmos. Os grupos hidrofóbicos podem ser grupos aromáticos, grupos compreendendo grupos aromáticos ou grupos não- aromáticos, preferencialmente, os grupos hidrofóbicos compreendem grupos aromáticos. 0 grupo hidrofóbico pode ser ligado a um heteroátomo, por exemplo, nitrogênio ou oxigênio, o nitrogênio opcionalmente sendo carregado, cujo heteroátomo, por sua vez, pode ser ligado à estrutura dorsal do polímero, por exemplo, através de uma cadeia de átomos. 0 grupo hidrofóbico pode possuir pelo menos 2 e, normalmente, pelo menos 3 átomos de carbono, adequadamente, de 3 a 12 e, preferencialmente, de 4 a 8 átomos de carbono. 0 grupo hidrofóbico é adequadamente uma cadeia de hidrocarboneto.

Dosagens adequadas contadas como teor de substância seca, à base da polpa seca e de opcional agente de carga, do polímero catiônico no sistema, variam de 0,01 a 50 kg/tonelada ("tonelada métrica"), preferencialmente, de 0,1 a 30 kg/t e ainda mais preferencialmente, de 1 a 15 kg/t.

Dosagens adequadas contadas como teor de substância seca, à base da polpa seca e de opcional agente de carga, da composição aquosa contendo sílica definida acima no sistema, variam de 0,01 a 15 kg/t, preferencialmente, de 0,01 a 10 kg/t, calculado como condensado aniônico de formaldeido e naftalenossulfonato e partículas aniônicas à base de sílica, mais ainda preferencialmente, de 0,05 a 5 kg/t.

Adeguados agentes de carga minerais de tipos convencionais, podem ser adicionados à suspensão aquosa celulósica de acordo com a invenção. Exemplos de adequados agentes de carga incluem caulim, porcelana, dióxido de titânio, gesso, talco e carbonatos de cálcio naturais e sintéticos, tais como, giz, mármore moído e carbonato de cálcio precipitado (PCC).

Adicionais aditivos que são convencionais na fabricação de papel podem, logicamente, ser usados em combinação com produtos químicos de acordo com a invenção, por exemplo, captadores de resíduos aniônicos (ATC), agentes de resistência à umidade, agentes de resistência à secura, agentes de abrilhantamento óptico, corantes, compostos de alumínio, etc. Exemplos de adequados compostos de alumínio incluem alúmen, aluminatos, cloreto de alumínio, nitrato de alumínio e compostos de polialumínio, tais como, cloretos de polialumínio, sulfatos de polialumínio, compostos de polialumínio contendo íons cloreto e/ou sulfato, sulfatos de polialumínio-silicato e misturas dos mesmos. Os compostos de polialumínio podem conter também outros anions diferentes de íons cloreto, por exemplo, anions de ácido sulfúrico, ácido fosfórico ou de ácidos orgânicos, tais como, ácido cítrico e ácido oxálico.

Quando se utiliza um composto de alumínio no presente processo, é de forma preferencial e usual a adição do mesmo à matéria-prima, antes do componente de polímero e do material micro- ou nano-particulado. Níveis de adição adequados de compostos contendo alumínio correspondem a pelo menos 0,001 kg/t, preferencialmente, de 0,01 a 5 kg/t e mais preferencialmente, de 0,05 a 1 kg/t, calculado como AI2O3, baseado na polpa seca e opcional agente de carga.

Exemplos de adequados captadores de resíduos aniônicos incluem as poliaminas catiônicas, polímeros ou copolímeros de aminas quaternárias ou compostos contendo alumínio. O processo da presente invenção é utilizado para produção de papel. O termo "papel", conforme aqui usado, inclui não apenas papel e a produção do mesmo, mas também outros produtos semelhantes a tecido, tais como, por exemplo, papel grosso e papelão, e a produção dos mesmos. A invenção é particularmente útil na fabricação de papel tendo gramaturas abaixo de 150 g/m2, preferencialmente, abaixo de 100 g/m2, por exemplo, papel fino, papel jornal, papel de baixo peso revestido, papel e tecido super- calandrado. O processo pode ser usado na produção de papel a partir de todos os tipos de matérias-primas, tanto contendo madeira, como isento de madeira. Os diferentes tipos de suspensões de fibras contendo celulose devem conter, adequadamente, pelo menos 25% em peso e preferencialmente, pelo menos 50% em peso de tais fibras, baseado na substância seca. As suspensões compreendem fibras provenientes de polpas químicas, tais como, polpas de sulfato, sulfito; polpas de organsóis contendo madeira ou polpas mecânicas, tais como, polpas termomecânicas, polpas quimo-termomecânicas ou polpas refinadas; e polpas de madeira molda, de madeira dura e madeira macia, podendo ser à base de fibras recicladas, opcionalmente de polpas isentas de tinturas e misturas dos mesmos.

Preferencialmente, a matéria-prima é uma matéria-prima contendo madeira, que apresenta altos teores de sais e, portanto, alta condutividade.

Os produtos químicos de acordo com a presente invenção podem ser adicionados à suspensão aquosa celulósica ou matéria-prima, de um modo convencional e em qualquer ordem. De modo usual e preferencial, deve-se adicionar o polímero catiônico à matéria-prima antes da adição da composição aquosa contendo sílica, mesmo que a ordem oposta de adição possa ser utilizada. É ainda preferido se adicionar o polímero catiônico antes de um estágio de cisalhamento, o qual pode ser selecionado dentre bombeamento, mistura, calandragem, etc., e se adicionar a composição aquosa contendo sílica após o estágio de cisalhamento. A composição aquosa contendo sílica pode ser usada como um agente de floculação no tratamento de água para produção de água potável de uso humano ou no tratamento ambiental de águas, por exemplo, em lagoas. A composição pode também ser usada como agente de floculação no tratamento de águas residuais ou de Iodos residuais. A invenção é ainda ilustrada pelos exemplos seguintes, os quais não são idealizados em limitar o escopo da mesma. As partes e percentuais se referem a partes em peso e percentuais em peso, respectivamente, e todas as soluções são soluções aquosas, a menos que indicado ao contrário. As unidades são métricas.

Exemplo 1 Amostras de teste das composições aquosas contendo silica de acordo com a invenção foram preparadas mediante mistura de uma solução aquosa de um condensado de formaldeido e naftalenossulfonato (NSF) com um sol de silica contendo partículas à base de silica em diferentes dosagens, sob moderada agitação. Amostras de referência foram também preparadas sob as mesmas condições das amostras de teste. Uma amostra de condensado de formaldeido e naftalenossulfonato (NSF) foi submetida à ultrafiltração e o produto obtido (NSF I) apresentou uma concentração de 12% em peso, as amostras tendo sido diluídas para uma concentração de 5% em peso e apresentando uma condutividade de 12 mS/cm. Outra amostra de NSF foi submetida à diálise e o produto obtido (NSF II) apresentou uma concentração de 12% em peso, as amostras tendo sido diluídas para uma concentração de 5% em peso e apresentando uma condutividade de 12 mS/cm. As amostras não-tratadas de NSF (NSF III) foram diluídas para uma concentração de 5% em peso e apresentaram uma condutividade de 25 mS/cm. Todas as condutividades nos Exemplos foram medidas a uma concentração de 10% em peso de NSF. As sílicas usadas nos Exemplos seguintes são todas definidas na Tabela 1.

Tabela 1 Silica I - Sol de silica do tipo descrito na Patente U.S.

No. 5.447.604, tendo uma proporção molar de Si02:Na20 de 10, área superficial especifica de 870 m2/g, valor-S de 35% e teor de silica de 10,0% em peso.

Silica II - Sol de silica do tipo descrito na Patente U.S.

No. 5.603.805, tendo uma proporção molar de Si02:Na20 de 45, área superficial especifica de 850 m2/g, alumínio modificado por aluminato de sódio em um grau de 0,25% de A12C>3, valor-S de 20% e teor de silica de 8,0% em peso.

Silica III - Sol de silica do tipo descrito na Patente U.S.

No. 6.083.997, tendo uma proporção molar de Si02:Na20 de 17, obtida mediante mistura de água e silicato tendo uma proporção molar de Si02:Na20 de 3,4, e um teor de silica de 15% em peso com ácido polissilícico (PSA), tendo um teor de silica de 6,0% em peso.

Exemplo 2 Nos Exemplos seguintes, amostras de teste de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de silica em diferentes dosagens foram adicionadas a uma matéria-prima de teste, de modo a avaliar o desempenho da composição como um agente de drenagem. O desempenho da drenagem foi avaliado por meio de um Analisador de Drenagem Dinâmico (DDA), disponível da Akribi (Suécia) . Esse dispositivo de análise (DDA), mede o tempo de drenagem em um volume estabelecido de matéria- prima através de uma tela, quando da remoção de uma tampa e aplicação de vácuo no lado da tela oposto ao lado em que se encontra a matéria-prima.

Nos Exemplos, foi adicionado um polímero catiônico à matéria-prima, antes das composições aquosas contendo silica de acordo com a invenção ou da referência aniônica.

As amostras de teste foram preparadas a partir de misturas de NSF II e Silica I em diferentes proporções, tendo sido testadas em uma matéria-prima de teste, cuja matéria-prima continha madeira e apresentou um pH de 7,6, uma condutividade de 5,0 mS/cm e uma consistência de 1,43 g/1. A matéria-prima foi agitada em um vaso com chicanas, a uma velocidade de 1500 rpm, em todo o período de teste.

Nos testes, 20 kg/t de amido catiônico (Cl), o qual é um amido catiônico de batata com um teor de nitrogênio de 0,5%, obtido mediante quaternização de amido de batata nativa com cloreto de 3-cloro-2-hidróxipropil- dimetil-benzil-amônio, foi adicionado à matéria-prima e depois de 30 segundos de agitação, a mistura aniônica foi adicionada, seguido de 15 segundos de agitação, antes da drenagem.

Como referência, foi usado Silica I. Todas as amostras foram diluídas para um teor de 0,5% de sólidos, antes dos testes. As proporções e resultados são resumidos na Tabela 2, apresentada abaixo.

Tabela 2 Exemplo 3 As amostras de testes foram preparadas a partir de NSF II e de Silica II. Como referência, foi utilizada silica II. Todas as amostras foram diluídas para um teor de 0,5% de sólidos, antes da avaliação da drenagem, que foi executada como no Exemplo 2, com a mesma matéria-prima e com 20 kg/t de Cl. As proporções e resultados são resumidos na Tabela 3.

Tabela 3 Exemplo 4 As amostras de testes foram preparadas a partir de NSF I e de Silica I. Como referência, foi utilizada Silica I. As amostras foram diluídas para um teor de 0,5% de sólidos, e os testes de drenagem foram realizados como no Exemplo 1. À matéria-prima de teste foram adicionados 20 kg/t de Cl. A matéria-prima consistia de um material contendo madeira e tendo uma condutividade de 5,0 mS/cm, uma consistência de 1,52 g/1 e pH de 7,8. As proporções e os tempos de desidratação são resumidos na Tabela 4.

Tabela 4 Exemplo 5 As amostras de testes foram preparadas a partir de NSF I e de Silica I. Como referência, foi utilizada Silica I. 0 procedimento de preparação foi o mesmo dos Exemplos anteriores. A condutividade da matéria-prima contendo madeira foi de apenas 0,5 mS/cm. A quantidade de Cl foi de 30 kg/t em todos os testes. O tempo de drenagem para o amido catiônico adicionado individualmente foi de 22 segundos. As proporções e os tempos de desidratação são resumidos na Tabela 5.

Tabela 5 Exemplo 6 As amostras de testes foram preparadas a partir de NSF I e de Silica I. Como referência, foi utilizada Silica I. A matéria-prima que continha madeira apresentou uma condutividade de 5,0 mS/cm, uma consistência de 1,52 g/1 e pH de 7,8. À matéria-prima, foram adicionados 3 kg/t de uma poliacrilamida catiônica (C-PAM) , a qual foi preparada mediante polimerização de acrilamida (90% em mol) e cloreto de acrilóxi-etil-dimetil-benzil-amônio (10% em mol), tendo um peso molecular de cerca de 6.000.000, sendo adicionado no inicio do teste. Após 30 segundos de agitação, foi adicionada uma composição de NSF I e Silica I, seguido de 15 segundos de agitação, antes da drenagem.

As composições de NSF I e Silica I foram diluídas para um teor de 0,5% de sólidos e a poliacrilamida catiônica (C-PAM) para 0,1% de sólidos, antes da adição à matéria- prima. As proporções e tempos de desidratação são resumidos na Tabela 6.

Tabela 6 Exemplo 7 As amostras de testes das composições de NSF III e Silica I e de NSF III e Silica III foram preparadas. Como nos Exemplos anteriores, foi realizada uma avaliação de drenagem das amostras, numa matéria-prima de alta condutividade, com valor de 5,0 mS/cm. Em seguida, foi adicionado Cl, numa quantidade de 20 kg/t à matéria-prima.

As proporções e tempos de desidratação são resumidos na Tabela 7.

Tabela 7 Os resultados mostram que a composição aquosa contendo silica de acordo com a invenção, apresenta aperfeiçoadas propriedades de drenagem.

Exemplo 8 As amostras de testes das composições de NSF I e Silica I e de NSF III e Silica III foram preparadas. Como referência, foram usadas Silica I e Silica III. Como nos Exemplos anteriores, foi realizada uma avaliação de drenagem das amostras, numa matéria-prima de alta condutividade, com valor de 5,0 mS/cm. Em seguida, foi adicionado Cl, numa quantidade de 20 kg/t à matéria-prima.

As proporções e tempos de desidratação se encontram resumidos na Tabela 8.

Tabela 8 Os resultados mostram que a composição aquosa contendo silica de acordo com a invenção, apresenta aperfeiçoadas propriedades de drenagem.

Exemplo 9 Um composto de poliacrilamida aniônica de alto peso molecular (A-PAM), peso molecular (PM) de cerca de 10 a 20 milhões, contendo cerca de 30% em mol de grupos aniônicos, na forma de uma emulsão de água em óleo, foi invertida e diluída com água para uma concentração de 0,1%. 0 composto de A-PAM foi misturado com 0,1% de Silica I em três diferentes proporções de A-PAM para Silica I, isto é, de 2:1, 1:1 e 0,5:1.

As composições de NSF III e Silica III (a) foram preparadas mediante adição de silicato aquoso diluído (15% de Si02 e proporção de SiC>2/Na20 = 3,4) à composição de NSF III (como solução aquosa a 30%), sob agitação. A essa mistura, foi adicionado ácido polissilicico com uma concentração de 6,0% de Si02, em pH de 2,5, sob agitação, durante 20 minutos. O ácido polissilicico foi preparado a partir de silicato aquoso diluído, o qual foi processado através de uma coluna de resina trocadora de íon, preenchida com hidrogênio saturado, fortemente catiônica. A mistura de NSF III/Sílica III (b) foi preparada mediante mistura de NSF III com ácido polissilicico, sob agitação, durante 5 minutos, sendo, em seguida, essa mistura adicionada ao silicato aquoso sob agitação durante 20 minutos.

Uma avaliação de drenagem das amostras desse Exemplo foi executada em uma matéria-prima de alta condutividade (5,0 mS/cm). Um amido catiônico (C2), o qual é um amido catiônico de batata com um teor de nitrogênio de 0,7%, obtido mediante quaternização de amido de batata nativa com cloreto de 3-cloro-2-hidróxipropil-dimetil- benzil-amônio, foi adicionado à matéria-prima, antes das misturas aniônicas. C2 foi adicionado numa quantidade de 12 kg/t. Foram obtidos os seguintes tempos de desidratação.

Tabela 9 Continuação da Tabela 9 Exemplo 10 A estabilidade ao armazenamento de diferentes misturas de NSF e sílica foi determinada. Amostras de NSF foram dessalinizadas mediante uso de ultrafiltração (NSF I) , para uma condutividade de 12 mS/cm, medida em 10% em peso de sólidos, antes da mistura com silica para formar composições aquosas. Composições de NSF III não-tratadas foram misturadas com sílica para comparação.

Todas as composições aquosas obtidas e as amostras de referência foram armazenadas de acordo com o sequinte procedimento: - em um refrigerador: 9 semanas; depois - em um forno à temperatura de 40°C, durante 3 semanas; - em um forno à temperatura de 60°C, durante 1 semana; e - em um forno à temperatura de 80°C, durante 6 semanas. O tempo total de armazenamento foi de 20 semanas.

Os tempos de armazenamento para as amostras de teste se encontram resumidos na Tabela 10.

Tabela 10 As amostras sem nenhuma formação de gel mostraram melhor estabilidade do que as amostras com formação de gel e até mesmo, aumento na viscosidade, não foi mostrado.

Exemplo 11 Amostras de teste de misturas de NSF III/Sílica I e de misturas de NSF III/Sílica III foram preparadas. Como referência, foi usada Silica III. Uma avaliação através de DDA das amostras foi realizada em uma matéria-prima de alta condutividade, com valor de condutividade de 5,0 mS/cm. Em seguida, foi adicionado Cl à matéria-prima, numa quantidade de 20 kg/t. Os tempos de desidratação são apresentados na Tabela 11.

Tabela 11 Os resultados mostram que as misturas contendo Silica I receberam aperfeiçoados tempos de desidratação, quando comparado com Silica III. Silica I é um álcali de sol de silica estabilizado.

Claims (9)

1. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, compreendendo um condensado aniônico de formaldeido naftalenossulfonato e partículas aniônicas à base de sílica compreendendo partículas à base de sílica agregadas ou em microgel, a composição tendo uma proporção em peso do condensado de formaldeido naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculadas como Si02, dentro na faixa de 0,2:1 a 90:1, e contendo condensado de formaldeido naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculadas como Si02, em uma quantidade de pelo menos 0,01%, em peso, com base no peso total da composição aquosa contendo sílica, e em que a composição contém menos do que ou igual a 10% em peso de agente de engomagem reativo a celulose.

2. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada em que o condensado aniônico de formaldeido naftalenossulfonato tem uma condutividade menor que 20 mS/cm.

3. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada em que o condensado aniônico de formaldeido naftalenossulfonato tem uma condutividade menor que 15 mS/cm.

4. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada em que a composição aquosa contendo sílica tem uma proporção em peso de condensado aniônico de formaldeido naftalenossulfonato com partículas de sílica, calculada como Si02, na faixa de 0,2:1 a 85:1.

5. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, de ACORDO COM QUALQUER UMA DAS REIVINdicações de 1 a 4, caracterizada em que as partículas aniônicas à base de sílica possuem uma área superficial específica na faixa de 300 a 1300 m2/g.

6. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada em que o polímero orgânico catiônico é amido catiônico ou poliacrilamida catiônica.

7. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada em que o polímero orgânico catiônico possui pelo menos um grupo aromático.

8. COMPOSIÇÃO AQUOSA CONTENDO SÍLICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada em que o sol tem um valor S na faixa de 8 a 45% antes de se misturar com o condensado aniônico de formaldeído naftalenossulfonato.

9. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE PAPEL A PARTIR DE UMA SUSPENSÃO CONTENDO FIBRAS CELULÓSICAS E OPCIONALMENTE CARGAS, caracterizado em que compreende a adição à suspensão de pelo menos um polimero orgânico catiônico e de uma composição aquosa contendo sílica conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 8.