BR112012002642A2

BR112012002642A2 - Aparelho, sistema e processo para emulsificar o óleo e água

Info

Publication number: BR112012002642A2
Application number: BR112012002642-9A
Authority: BR
Inventors: Olivier Maniere
Original assignee: Hercules Incorporated
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2020-12-15
Also published as: US20120103546A1; CN102639219A; RU2538578C2; JP5740548B2; RU2012108162A; CA2770942C; BR112012002642B1; EP2461898B1; KR20120041242A; WO2011015715A1; JP2013501164A; EP2461898A1; CA2770942A1; KR101644212B1; AU2009350832B2; AU2009350832A1; MX2012001551A; PL2461898T3; ES2550620T3; CN102639219B

Abstract

aparelho, sistema e método para emulsificar óleo e água. a presente invenção refere-se a um dispositivo, um sistema e um método para emulsificar o óleo e a água, tal como para emulsificar um agente de colagem a ser utilizado no tratamento de papel ou de papelão, introduzindo uma fase contínua sob pressão por um bocal (66) para fase contínua de um dispositivo venturi (50) e em uma seção de mistura. uma fase dispersada é introduzida, em opção, sob pressão na seção de mistura (80) do dispositivo venturi. a emulsão formada na seção de mistura é conduzida através de um bocal (60) para a fase misturada e saída do dispositivo venturi. o diâmetro do bocal (60) para fase misturada do dispositivo venturi é mais importante que o diâmetro do bocal (66) para a fase contínua com uma relação superior a 1:1 e inferior a 4:1.

Description

- Relatório Descritivo de Patente de Invenção para APARELHO, SISTEMA E MÉTODO PARA EMULSIFICAR ÓLEO E ÁGUA. A presente invenção se refere a um dispositivo, a um sistema e a um método para emulsificar óleo e a água, que são particularmente úteis no preparo de emulsões aquosas de agentes de colagem para colagem in- terna ou de superfície do papel e de papelão ou para a inversão de produtos polímeros em emulsão inversa utilizados no tratamento do papel e do pape- lão.

CONTEXTO DA INVENÇÃO Os aditivos utilizados na indústria do papel com a finalidade de í > tornar os penetrantes aquosos resistentes são geralmente denominados a- ” gentes de colagem. Os dois agentes de colagem sintéticos os mais usuais são o dímero de ceteno de alquila (AKD) e o anidrido succínico de alcenila (ASA).

Esses dois agentes, ASA e AKD, são matérias hidrófobas, não solúveis na água. Essas matérias podem ser acrescentadas à pasta líquida, antes da formação da folha, que se denomina colagem interna, ou podem ser aplicados à superfície da bobina formada, que se denomina colagem de superfície. Para as duas aplicações, para ser eficaz, o agente de colagem deve ser repartido no sistema aquoso. Por essa razão, esses aditivos não solúveis na água são geralmente acrescentados sob a forma de emulsões de óleo na água aquosas.

As emulsões aquosas dos agentes de colagem podem ser ofe- recidas à usina de papel sob essa forma, ou ser preparadas no local. Com efeito, é mais vantajoso, para certos agentes de colagem sintéticas reagindo com a celulose, emulsificá-los no local. A ASA, por exemplo, é emulsificada no local, em razão da instabilidade da funcionalidade anidrido após a emulsi- ficação com a água.

Atualmente, duas classes de tecnologias de emulsificação no lo- calsão utilizadas na indústria: (1) a tecnologia com cisalhamento elevado, e (2) a tecnologia com cisalhamento baixo.

Após a emulsificação com cisalhamento elevado, faz-se passar

. a ASA (ou um outro agente de colagem) e um polímero sintético, o amido, ou um colóide protetor, através de uma bomba com turbina com cisalha- f mento elevado ou dispositivo de homogeneização, com ou sem acréscimo de agentes de superfície. As limitações dessa abordagem residem na ne- cessidade de ter recorrido a "um equipamento pesado, caro, e relativamente complexo capaz de exercer pressões e/ou cisalhamento de homogeneização elevados, assim como procedimentos estritos referentes às temperaturas, proporções emulsificantes, etc, a fim de produzir uma emulsão estável satis- fatória à cola específica." (Patente US nº 4.040.900). Com a finalidade de prevenir essas limitações referentes à e- > mulsificação com cisalhamento elevado, abordagens baseadas na emulsifi- a cação com cisalhamento baixo foram propostas, começando por Mazzarella (Patente US. nº 4.040.900) em 1977 que divulgou misturas de ASA com 3- 20 partes em peso de um aditivo ativo de superfície (agente de superfície) que "se pode facilmente emulsificar com a água na ausência de forças de cisalhamento elevadas e em uma condição de pressão normal simplesmente e agitando, e fazendo passar por uma torneira misturadora ou um aspirador usual". Infelizmente, essa emulsificação com cisalhamento baixo pode levar a problemas de aparecimento de espuma e uma eficácia de colagem medio- credevido ao aumento do nível do agente de superfície provoca o acúmulo de agente de superfície no sistema (C.E. Farley e R.B. Wasser, "Sizing with Alkenyl Succinic Anhydride", Capítulo 3 in The Sizing of Paper, 2nd Edition, W.F. Reynolds, Ed. Tappi Press, 1989, pp.51-62).

Mais recentemente, Pawlowska et al, (WO2006/096216) divul- gam«um método melhorado para a colagem de papel na parte úmida que utiliza um equipamento para cisalhamento baixo mais simples e menos one- roso para emulsificação ASA". Pawlowska et al. divulgam um método de co- lagem, compreendendo o fato de "formar, na ausência de forças de cisa- lhamento elevadas, uma emulsão de colagem aquosa, compreendendo um componente, de anidrido succínico de alcenila" que é diluído na sequência com o auxílio de um componente catiônico. A diferença principal entre Pa- wlowska e Mazzarella reside na pós diluição da emulsão com um compo-

. . —nente catiônico com a finalidade de melhorar a retenção. Os exemplos de- monstram, de maneira sustentada que as emulsões ASA com cisalhamento , baixo pós-diluídas com o auxílio de um amido catiônico são agentes de co- lagem menos eficazes que as emulsões ASA com cisalhamento elevado, mas se sustenta que a simplicidade do processo de emulsificação das emul- sões ASA com cisalhamento baixo oferece ao fabricante de papel "vanta- gens operacionais e de custos".

Outras patentes divulgam a utilização de amidos modificados (por exemplo, a Patente US 6.210.475) ou polímero (por exemplo, US

6.444.024 B1), a fim de melhorar o desempenho dos sistema de emulsifica- , ção com cisalhamento baixo, todavia, nenhuma dessas patentes resolve as E. questões ligadas ao comportamento e ao desempenho básico que caracteri- za o sistema com cisalhamento baixo. Na literatura, tem-se tendência a ter definições qualitativas das condições com "cisalhamento baixo" em relação às condições com "cisa- lhamento elevado". Tipicamente, utiliza-se uma lista de equipamentos que convém ou não ao descritor. Os sistemas com "cisalhamento elevado" estão: "presentes nos misturadores Waring, as bombas com turbinas, ou outros agitadores com velocidades muito altas, etc", e "são encontrados nos equi- pamentos de homogeneização com pistões ou outros tipos " (Mazzarella). Os sistemas com "cisalhamento baixo" consistem: "simplesmente na agita- ção, a passagem por uma torneira misturador ou um aspirador ou através da agitação habitual presente em um sistema de preparo da pasta" (Mazzarella) ou as condições de cisalhamento "criadas por um dispositivo selecionado do grupo constituído de bombas centrífugas, dos misturadores em linha estáti- cos, das bombas peristálticas, e suas combinações" (Pawlowska). Mas es- sas definições se confundem nas listas de equipamentos de emulsificação comerciais que comportam unidades industriais com baixa e alta pressão, tais como os "emulsificadores com turbina baixa pressão Cytec de Cytec Industries, Inc, os sistemas emulsificadores alta pressão Nalco, e os emulisi- ficadores venturi e as turbinas de National Starch", o que sugere que se en- contram bombas com turbina que entram na categoria do cisalhamento bai-

" xo. Além disso, os misturadores Waring são utilizados para produzir emul- sões ASA alta e baixa energia (Chen and Woodward, Tappi J. Aug 1986, pg . 95), fazendo variar a tensão elétrica. Assim, os sistemas com "cisalhamento baixo" e com "cisalhamento elevado" não podem ser definidos unicamente — pelotipodo equipamento.

Nos "Principles of ASA Sizing" (CE Farley, 1987 Tappi Sizing Short Course, pág 89) se encontra uma definição mais quantitativa dos sis- temas de emulsificação com "cisalhamento elevado" e com cisalhamento baixo": "a emulsificação com cisalhamento elevado é elaborada com uma — bomba com turbina com tolerâncias precisas. O trabalho feito pela bomba é S tal que o diferencial de pressão entre a saída e a entrada da bomba é de aproximadamente 0,83 a 0,97 MPa (120 a 140 psi) (8,3 a 9,7 bar), AASA e o amido são misturados no nível da entrada da bomba com turbina ou nas suas proximidades". "Na emulsificação com cisalhamento baixo, a ASA, o amido, assim como um agente de superfície são misturados, depois se faz com que eles passem através de uma série de venturis. A relação típica de amido: ASA : Agente de superfície é de aproximadamente 2,5 : 1: 0,05. Um inconveniente potencial desse método é o nível mais elevado de agente de superfície utilizado, o que pode levar ao que se denomina um "descolamen- to"euma eficácia medíocre da ASA, assim como problemas de aparecimen- to de espuma". Assim, a distinção que faz Farley entre o cisalhamento ele- vado e o cisalhamento baixo é que os sistemas com cisalhamento elevado têm um diferencial de pressão da ordem de 0,83 a 0,97 MPa (120 a 140 psi) (8,3 a 9,7 bar).

Da mesma forma, Denowski et al. (US 2008 / 0277084) define o cisalhamento baixo pela capacidade de bombear um líquido através de uma bomba com uma contra-pressão de 0,34 MPa (50 psi) (3,4 bar) ou menos, enquanto que o cisalhamento elevado é definido como a necessidade de ter uma contra-pressão de 1,03 a 2,07 MPa (150 a 300 psi) (10,3 a 20,7 bar) — parabombear um líquido.

Tem-se ainda necessidade, no mercado, de ter um equipamento de emulsificação ASA, mais simples e mais barato, que não levanta proble-

- mas de comportamento da máquina para papel (espuma, depósitos) e/ou uma eficácia de colagem medíocre devido a uma carga elevada de agente * de superfície ou uma má qualidade da emulsão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO Descobriu-se que é possível preparar emulsões de agentes de colagem (tais como ASA) estáveis e de boa qualidade na água, com um bom comportamento da máquina para papel e uma boa eficácia de colagem, ali- mentando com água através de um dispositivo venturi com uma pressão re- lativamente elevada e introduzindo o agente de colagem no nível da entrada de admissão do venturi. Esse sistema é mais simples, mais confiável, mais O econômico em termos energéticos e menos caros que os sistemas com cisa- ” Ihamento elevado tradicionais utilizados atualmente, e oferece emulsões de melhor qualidade, utilizando níveis de agente de superfície menos importan- tes que os sistemas com cisalhamento baixo, consumindo pouca energia, disponíveis atualmente. Além disso, esse sistema pode ser utilizado para a emulsificação sobre local de outros aditivos de fabricação do papel, ou a in- versão de produtos polímero de emulsão inversa. Em um primeiro aspecto, um sistema de emulsificação de óleo na água ou de água no óleo comporta um dispositivo venturi. Uma fase con- tínua é introduzida sob pressão no dispositivo venturi e através de um bocal de face contínua que tem um primeiro diâmetro em uma seção de mistura. Uma fase dispersada é introduzida na seção de mistura do dispositivo ventu- ri, a fim de formar uma emulsão da fase dispersada na fase contínua. A e- mulsão é levada através de um bocal para fase misturada que possui um segundo diâmetro e para uma saída do dispositivo venturi. O diâmetro do bocal para fase misturada é mais importante que o diâmetro do bocal para fase contínua com uma relação superior a 1:1 e inferior a 4:1. De preferência, a fase contínua compreende a água, que é in- troduzida a uma pressão de aproximadamente 1 MPa (10 bar) a aproxima- damente5S MPa (50 bar), e a velocidade de escoamento se acha na faixa de 10 a 100 m/s aproximadamente. De preferência, a fase dispersada compre- ende um agente de colagem ou mais. A emulsão pode ser evacuada em

. uma câmara de descarga, na qual aditivos opcionais podem aí ser mistura- dos.

A emulsão pode ser estocada para uma utilização posterior, ou ser dilu- ída com água ou com uma outra solução aquosa, ante de ser acrescentada à parte úmida, ou a uma prensa de colagem ou acamadora para um sistema defabricação de papel ou de papelão.

Alternativamente, a emulsão pode ser acrescentada diretamente à parte úmida, ou a uma prensa de colagem ou acamadora para um sistema de fabricação de papel ou de papelão.

A fase dispersada pode conter um componente de colagem do papel que reage à celulose ou uma mistura desses componentes ou compo- —nentede colagem do papel que não reage à celulose ou uma mistura desses nº componentes.

Os componentes de colagem de papel que reage à celulose ss exemplares incluem o anidrido succínico de alcenila (ASA), os dímeros e multímeros de ceteno, tais como o dímero de ceteno de alquila (AKD), epó- xidos orgânicos contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono, — halogenetos de acila, halogenetos de acila contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono, anidridos de ácidos graxos oriundos de ácidos graxos contendo cerca de 12 a 22 átomos de carbono, ou isocianatos orgã- nicos contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono.

A fase dispersada pode ser introduzida unicamente por aspira- ção no nívelda entrada de aspiração do dispositivo venturi, ou, eventual- mente, bombeada com o auxílio de uma bomba na seção de mistura.

De preferência, a fase dispersada é filtrada antes de sua introdução na seção de mistura.

Alternativamente, a fase contínua pode ser a água e a fase dis- persada por de ser um polímero de emulsão inversa utilizada geralmente na fabricação do papel.

Nesse caso, uma emulsão de óleo na água contendo um polímero na fase aquosa pode ser introduzida no dispositivo venturi pela entrada de aspiração.

A presença de um grande volume de água de diluição e a mistura na seção de mistura que quebra a emulsão vão "ativar" o políme- ro, produzindo uma mistura à base de polímero diluído contendo gotículas de óleo.

Um exemplo de um polímero de emulsão inversa utilizado geral- mente na fabricação de papel é um agente de auxílio à retenção e à drena-

. gem, tal qual os agentes de assistência à retenção e à drenagem PERFORM SP7200 ou PERFORM PC8179 (Ashland Inc., Covington, KY). ' Em um segundo aspecto, um método de emulsificação de um agente de colagem devendo ser utilizado para o tratamento de papel ou de papelão comporta as seguintes etapas. Uma fase contínua é introduzida sob pressão reduzida em um dispositivo venturi e no nível de um bocal para fase contínua que possui um primeiro dímero que dirige essa fase contínua em uma seção de mistura do dispositivo. Uma fase dispersada é introduzida na seção de mistura do dispositivo venturi, a fim de formar uma emulsão da fa- se dispersada na fase contínua. Conduz-se a emulsão através de um bocal e para fase misturada que possui um segundo diâmetro d2 que é mais impor- tante do que o diâmetro do bocal para a fase contínua d1 com uma relação superior a 1:1 e inferior a 4:1. De preferência, a fase contínua é introduzida com uma pressão de aproximadamente 1 MPa (10 bar) a aproximadamente 5 MPa(50 bar) e com uma velocidade do escoamento no bocal para fase contínua que vai de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 m/s.

No método, a fase dispersada pode conter um componente de colagem do papel que reage à celulose ou uma mistura desses componen- tes ou um componente de colagem do papel que reage à celulose exempla- res incluem o anidrido succínico de alcenila (ASA), os dímero e multímeros de ceteno, epóxidos orgânicos contendo de aproximadamente 12 a 22 áto- mos de carbono, halogenetos de acila contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono, anidridos de ácidos graxos oriundos de ácidos gra- xos a aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono e isocianatos orgânicos contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono.

No método, a fase dispersada pode ser introduzida unicamente por aspiração no nível da entrada de aspiração do dispositivo venturi ou, e- ventualmente, bombeada com o auxílio de uma bomba na seção de mistura. De preferência, a fase dispersada é filtrada antes de sua introdução na se- çãodemistura.

A emulsão resultante de agente de colagem possui um diâmetro das partículas médio inferior a 2 mícrons aproximadamente, de preferência

. entre 0,5 e 1,5 mícrons, e o mais preferencialmente inferior a aproximada- mente 1 mícron, tal que se mede através de uma técnica de difusão da luz sobre uma emulsão prova durante aproximadamente um a aproximadamen- te dez minutos após a saída da emulsão do dispositivo venturi. A emulsão é — acrescentada seja a uma parte úmida ou a uma prensa de colagem ou aca- madora para um sistema de fabricação de papel ou de papelão. Se a fase contínua for a água, a emulsão é, de preferência, pós-diluída com a água, a fim de produzir um teor em elementos sólidos na faixa de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 % em peso. Na sequência, a emulsão tendo sofrido a pós-diluição é, de preferência, misturada com uma solução aquosa de um O polímero catiônico sintético ou natural antes de ser acrescentada à parte - úmida, a prensa de colagem ou a acamadora. Em um outro aspecto, um dispositivo venturi possui um bocal pa- ra fase contínua que tem um primeiro diâmetro que leva um primeiro líquido sob pressão a uma seção de mistura, assim como uma entrada para dirigir um segundo líquido à seção de mistura, a fim de aí formar uma emulsão. O dispositivo venturi tem, além disso, um bocal para fase misturada que possui um segundo diâmetro através do qual se dirige a emulsão para uma saída do dispositivo venturi. O diâmetro do bocal para fase misturada é mais im- portante do que o diâmetro do bocal para fase contínua com uma relação superior a 1:1 e inferior a 4:1. De preferência, a seção de mistura é deforma cônica e afilada de um diâmetro a mais larga ao nível do qual a entrada une a seção de mistura a um diâmetro o mais estreito no nível do qual o bocal para fase misturada une a seção de mistura. De preferência, o dispositivo venturi comporta um difusor de descarga em comunicação fluídica com o bocal para fase misturada e no nível da saída do dispositivo venturi.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Outros objetivos, vantagens e particularidades, assim como apli- cações eventuais da presente invenção são divulgados na descrição que se segue dos modos de realização com referência aos desenhos anexados, nos quais: a figura 1 representa um diagrama esquemático de um sistema

: exemplar para emulsificação de óleo e de água, de acordo com a invenção; a figura 2 representa uma vista em projeção lado saída de um * dispositivo venturi, de acordo com a invenção; a figura 3 representa uma vista em corte do dispositivo venturi considerada ao longo da linha 3-3 da figura 2; e a figura 4 representa uma vista em corte explodida do dispositivo venturi, mostrando o bocal para fase contínua e o bocal para fase misturada do dispositivo venturi da figura 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO Nesse pedido, uma "emulsão" é uma mistura de partículas de 7 um líquido em um segundo líquido. Dois tipos usuais de emulsões são as - emulsões de óleo na água e de água no óleo. Por "óleo" se designa geral- mente um líquido não solúvel ou quase não solúvel na água. Para as emul- sões de tipo óleo na água, a água é a "fase contínua" e o óleo é a fase des- contínua. Para as emulsões do tipo água no óleo, é o inverso. No caso, o líquido que forma a fase contínua da emulsão final é designado por "fase contínua" e o outro líquido que forma a fase descontínua da emulsão final é designado por "fase dispersada". No caso de uma emulsão de tipo óleo na água, a água é a fase contínua e o óleo é a fase dispersada.

Um esquema de um sistema 10 para emulsificação de óleo e de água é mostrado na figura 1. O sistema 10 será descrito, reportando-se a emulsificação de u agente de colagem, tal que o dímero de ceteno de alquila (AKD) ou anidrido succínico de alcenila (ASA), na água. Todavia, é preciso compreender que o sistema pode ser utilizado para emulsificar outras maté- rias, ea escolha das fases contínua e dispersada tem uma finalidade ilustra- tiva e não visa limitar a invenção.

Com referência à figura 1, um fornecimento de uma "fase contí- nua", tal como a água sem ser a isso limitada nesse modo de realização, proveniente de um reservatório de estocagem ou reservatório de alimenta- ção12,é fomecido a uma bomba 22 via uma linha 14 e um filtro 16 através de um a válvula de comando 18 e um medidor de vazão 20. A vazão da á- gua, que pode, como variante chamar "fase contínua" no que se refere a

& esse modo de realização, é comandada a uma avaliação específica, utili- zando-se um circuito de regulagem com o medidor de vazão 20 e a válvula ] de comando 18. Outros meios de regulagem da vazão são consideráveis conforme sabe o técnico.

A bomba 22 pode ser de um tipo qualquer, aí com- preendida uma bomba centrífuga com vários estágios ou uma bomba rege- nerativa, que pode fornecer uma pressão de alimentação de aproximada- mente 3 MPa (30 bar), ou pressões de alimentação na faixa de aproxima- damente 1 a 5 MPa (10 a 50 bar), mais preferencialmente de aproximada- mente 1,8 a 3,5 MPa (18 a 35 bar). Calibradores de pressão 40b, 40a e 40c são previstos com a finalidade de controlar, respectivamente, as pressões da 7 fase contínua, da fase dispersada e da emulsão.

A fase contínua é enviada a = uma primeira entrada 48 (reportar-se à figura 3) de um dispositivo venturi 50. Uma "fase dispersada", tal como um agente de colagem líquido, sem, todavia, ser a isso limitada nesse modo de realização, é fornecida (ou bombeada com o auxílio de uma bomba 38 opcional), a partir de um reserva- tório de estocagem ou reservatório de alimentação 32 via uma linha 34 e um filtro 36 que passa por um medidor de vazão 39 e um regulador de contra- pressão 42 com uma entrada de aspiração 52 (reportar-se à figura 3) do dis-

positivo venturi 50. A bomba opcional 38 pode ser de um tipo qualquer que pode fornecer um princípio ativo de alimentação, até aproximadamente *0,5 MPa (5 bar), de preferência aproximadamente 0,3 MPa (3 bar), por exemplo, a vazão do agente de colagem, que pode também ser designada por "fase dispersada", nesse modo de realização, pode ser comandada com o auxílio da bomba 38 ou com o auxílio de um circuito de regulagem.

É também con- siderável prever comandos alternativos, a fim de regular a relação da fase contínua pela fase dispersada alimentadas com o dispositivo venturi 50. Considerando-se que a fase contínua alimentada com o dispositivo venturi 50 produz vácuo no nível da entrada de aspiração 52 da fase dispersada, não se tem forçosamente necessidade da bomba 38 para fornecer a fase dispersada ao dispositivo venturi 50. Todavia, utilizando-se a bomba 38 para fornecer a fase dispersada ao dispositivo venturi 50, se consegue uma

. pressão de alimentação mais sustentada e um melhor controle do processo de formação da emulsão. . As fases contínua e dispersada se misturam no dispositivo ven- turi 50 e são evacuadas para uma câmara 70. O diâmetro da câmara 70 dever ser suficiente para reduzir a velocidade do produto emulsificado pro- veniente do dispositivo venturi 50. Aditivos podem ser misturados ao produ- to emulsificado na câmara 70 ou a jusante da câmara 70. A fase misturada ou produto emulsificado pode ser dirigida à máquina para papel ou a um reservatório de estocagem 76 ou recipiente de entrega (não mostrado), via uma válvula de comando da pressão 74. Se a O fase contínua for a água, a emulsão será, de preferência, pós diluída com - água, a fim de produzir um teor em elementos sólidos na faixa de aproxima- damente 1 a aproximadamente 5 % em peso.

Em seguida, a emulsão que sofreu a pós-diluição é, de preferência, misturada com uma solução aquosa de um polímero catiônico natural ou sintético, antes de ser acrescentada à parte úmida, a prensa de colagem ou acamadora de uma máquina de fabri- cação de papel ou de papelão.

Um modo de realização de um dispositivo venturi 50 para a e- mulsificação de óleo e de água é mostrado nas figuras 2 a 4. A figura 3 é uma seção longitudinal do dispositivo venturi 50. O dispositivo venturi 50 possui uma primeira entrada 48, na qual se introduz a fase contínua, tal co- mo água.

A fase contínua circular através do dispositivo venturi 50 na dire- ção da seta 54. A velocidade de escoamento da fase contínua aumenta indo da primeira entrada 48 a um canal 56 de menor diâmetro, depois em uma seção cônica 58, antes de entrar em um bocal com menor diâmetro ou bocal 66 para fase contínua.

Pode-se fazer variar a forma e as dimensões do canal de escoamento da fase contínua.

O dispositivo venturi 50 possui uma entrada de aspiração 52 a- través da qual fase dispersada, tal como um agente de colagem, mas sem ser aílimitada, penetra no dispositivo venturi 50, na direção da seta 62. Vá- cuo é produzido no nível da entrada de aspiração 52 pelo escoamento da fase contínua através do bocal 66 para fase contínua.

. A fase contínua (por exemplo, a água) e a fase dispersada (por exemplo, um agente de colagem) se misturam em uma câmara 80 global- . mente cônica e entram pelo bocal 60 para fase misturada. Na invenção, o diâmetro d2 do bocal para fase misturada é mais importante que o diâmetro d1dobocalpara a fase contínua a uma relação superior a 1:1 e inferior a 4:

1. Em um modo de realização da invenção, reportando-se à figura 4, o bocal para fase misturada possui um diâmetro d2 que de duas vezes o diâmetro d1 do bocal 66 para fase contínua. A fase contínua e a fase dispersada se misturam graças à turbulência reinante no interior da câmara de mistura cô- nica80 entre o bocal 66 para fase contínua e o bocal 60 para fase mistura- n da, para formar a emulsão ou fase misturada. A emulsão deixa o bocal 60 e para fase misturada através de um difusor de descarga 82 e deixa o disposi- tivo venturi na direção da seta 84. A emulsão assim formada é evacuada na câmara 70 (reportar-se à figura 1). Na invenção, as emulsões são formadas, alimentando-se a fase contínua de uma emulsão via o bocal 66 para fase contínua à alta pressão. O escoamento da fase contínua via o bocal 66 para fase contínua cria uma região à baixa pressão no nível da entrada 52 para fase dispersada no dis- positivo venturi 50. As fase contínua e dispersada são misturadas em uma câmara de mistura 80 globalmente cônica no interior do dispositivo venturi 50 e alimentadas em um bocal 60 para a fase misturada que possui um dià- metro d2 mais considerável que o diâmetro d1 do bocal 66 para fase contí- nua. As duas dimensões distintas d2 e d1 dos diâmetros criam duas cama- das de jatos à grande velocidade. O produto emulsificado proveniente do dispositivo venturi 50 é evacuado em uma câmara 70 onde a pressão e a velocidade fluídica são reduzidas. Na câmara 70 ou a jusante desta, agentes adicionais podem ser acrescentados à emulsão, a fim de melhorar seu de- sempenho, ou a emulsão pode ser diluída com água e/ou com uma solução aquosa à base de polímero catiônico ou outras modificações da emulsão são — consideráveis. A figura 1 mostra, além disso, um reservatório 76 opcional no qual se pode depositar a emulsão. Um dispositivo venturi 50 representativo possui as seguintes

. dimensões. Com referência à figura 4, o bocal 60 para a fase misturada pos- sui um diâmetro celular d2 de aproximadamente 1,2 mm e o bocal 66 para r fase contínua possui um diâmetro circular di de aproximadamente 0,7 mm. Em um dispositivo alternativo, o bocal 60 para fase misturada possui um di- âmetro circular d2 de aproximadamente 1,8 mm e o bocal 66 para fase con- tínua possui um diâmetro circular d1 de aproximadamente 1 mm. Com refe- rência à figura 3, o dispositivo venturi 50 representativo tem um comprimen- to total de aproximadamente 90 mm. A primeira entrada 48 é formada com uma abertura circular fêmea regulada de aproximadamente 12,7 mm (1/2 polegada), afim de receber um tubo de alimentação ou conexão (não mos- a trado) para a introdução da fase contínua na primeira entrada 48. A primeira & entrada 48 possui um comprimento de aproximadamente 20 mm, e o canal 56 com menor diâmetro 56 tem um comprimento de aproximadamente 35 mm, a extremidade distal formando um estreitamento cônico para dirigir o líquido da fase contínua ao bocal 66 para fase contínua. O bocal 66 para fase contínua tem um comprimento de aproximadamente 4 mm. O bocal 60 para fase misturada tem um comprimento de aproximadamente 15 mm. A entrada de aspiração 52 no dispositivo venturi 50 representa- tivo tem um diâmetro circular de aproximadamente 10 mm e um comprimen- tode aproximadamente 10 mm. A entrada de aspiração 52 é estreitada no nível de uma extremidade distal cônica que dirige a matéria da fase disper- sada em uma tubulação que leva a uma câmara cônica 80 para a mistura da fase contínua e da fase dispersada juntas para formar uma fase mistura ou emulsão. A câmara cônica 80 possui um diâmetro proximal circular de apro- ximadamente 10 mm e se estreita em direção ao bocal 60 para fase mistu- rada no nível de sua extremidade distal.

O difusor de descarga 82, no nível da extremidade distal do dis- positivo venturi 50 representativo, de acordo com a invenção, é formado com uma parte externa filetada no exterior de aproximadamente 12,7 mm (1/2 polegada) que vai ser conectada a uma tubulação de descarga regulada ou conexão (não mostrada) para que fase misturada (emulsão) deixa o dis- positivo venturi 50. O difusor de descarga tem um comprimento de aproxi-

se madamente 18 mm, e uma abertura circular externa com um diâmetro de aproximadamente 15 mm. Uma vista em projeção de extremidade do dispo- ' sitivo venturi 50, a partir do difusor de descarga 82 na figura 2 mostra que o dispositivo venturi. 50 apresenta um aspecto globalmente hexagonal ou com seislados,esua altura e largura é de aproximadamente 36 mm.

O dispositivo venturi 50 representativo é mostrado na figura 3 formado de duas partes usinadas, a primeira parte, na qual é formada a pri- meira entrada 48 levando ao bocal 66 do venturi, e a segunda parte, na qual é formada a entrada de aspiração 52, a câmara cônica 80, o bocal 60 para fase misturada e difusor 82. A primeira parte se encaixa com a segunda par- . te e é ligada por filetagem através de filetes 77 formados sobre o exterior da . primeira parte e o interior da segunda parte. Um anel de estanqueidade 78 é prevista para a estanqueidade aos fluidos da primeira e da segunda parte.

A fase contínua da emulsão pode ser à base de água ou de ó- leo. Quando a fase contínua é à base de água, a fase dispersada da emul- são pode ser à base de óleo. Quando a fase contínua é à base de óleo, a fase dispersada da emulsão pode ser à base de água. Exemplos de fases contínuas à base de água comportam, sem ser a isso limitados, a água, so- luções aquosas de amidos e soluções polímeros. Ingredientes adicionais utilizados habitualmente nas emulsões de agentes de colagem, tais como os biócidos, alumínios, resinas catiônicas, agentes de superfície, etc, sem ser a isso limitados, podem ser contidos no fornecimento em fase contínua. E- xemplos de fase dispersada à base de óleo incluem, sem ser a isso limita- dos, ASA, AKD, e polímeros. Aditivos, tais como agentes de superfície po- demser contidos, opcionalmente, na fase oleosa.

A pressão de fornecimento em fase contínua se acha aproxima- damente entre 1 e 5 MPa (10 e 50 bar), de preferência entre aproximada- mente 1,8 e 3,5 MPa (18 bar e 35 bar). A relação das dimensões do bocal para fase misturada e do bocal para fase contínua é superiora 1:1 e inferior 41,de preferência, entre 1,5:1 e 2,5:1. O diâmetro do bocal para fase contí- nua (por exemplo, o bocal 66 na figura 3) é fixado, a fim de se conseguir uma velocidade de escoamento de aproximadamente 10 a 100 m/s, de pre-

ás. ferência, de aproximadamente 40 a 60 m/s. a velocidade elevada criada das condições de criação instantânea de emulsões. Faz-se variar a relação da fase contínua pela fase dispersada, a fim de satisfazer as exigências da emulsão em termos de viscosidade, esta- bilidade e homogeneidade. A concentração da fase dispersada na fase con- tínua varia de aproximadamente 2 a 50% em peso, de preferência, 4 a 35 % em peso. O diâmetro da câmara no nível da evacuação do dispositivo venturi (por exemplo, a câmara 70 na figura 1) é de aproximadamente 5 a 100 ve- zes o diâmetro do bocal para fase contínua do dispositivo venturi (por e- xemplo, o bocal 66 na figura 3), de preferência de aproximadamente 40 a 80 C vezes o diâmetro do bocal 66 para fase contínua. A pressão reinante na câ- É mara (por exemplo, na câmara 70 da figura 1) é de aproximadamente 0,1 a 0,67 MPa (1 a 6,7 bar), de preferência de aproximadamente 0,13 a 0,5 MPa (1,3 a 5 bar). A pressão do que entra em fase dispersada é de aproximada- mente0,13a0,67 MPa (1,3a6,7 bar), de preferência de aproximadamente 0,3 a 0,43 MPa (3 a 4,3 bar).

Para a fase dispersada da invenção, os componentes de cola- gem de papel preferidos são selecionados do grupo constituído de compo- nentes de colagem de papel que reagem à celulose e componentes de cola- gem de papel que não reagem à celulose. Para os fins dessa invenção, co- las que reagem à celulose são definidas como sendo as colas capazes de formar as ligações químicas covalentes por reação com grupos hidroxilas da celulose, e as colas que não reagem à celulose são definidas como sendo as colas que não forma essas ligações covalentes com a celulose.

As colas que reagem com a celulose preferidas para utilizar na invenção incluem anidridos succínicos de alcenila (ASA), os dímeros e mul- tímeros de ceteno, os epóxidos orgânicos contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono,m os halogenetos de acila contendo de aproxima- damente 12 a 22 átomos de carbono, os anidridos de ácidos graxos oriundos deácidos graxos a aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono e isociana- tos orgânicos contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono. Pode-se também pensar na utilização das misturas de agentes de colagem

- reagentes.

Os anidridos succínicos de alcenila (ASA) são compostos de ca- * deias hidrocarbonadas insaturadas contendo grupos de anidridos succínicos pendentes. Eles são geralmente elaborados através de um método em duas etapas que comem por uma olefina Alf. A olefina é inicialmente isomerizada, deslocando-se aleatoriamente a dupla ligação da posição alfa. Na segunda etapa, faz-se reagir a olefina isomerizada comum anidrido maléico para che- gar à ASA final, tendo a fórmula padrão (1) (ver abaixo). Olefinas típicas uti- lizadas para a reação como anidrido maléico incluem componentes de alce- nila, de ciclo alcenila, e de aralcenila contendo de aproximadamente 8 a a- a proximadamente 22 átomos de carbono. Exemplos específicos são o anidri- o do succínico de isooctadecenila, o anidrido succínico de n-octadecenila, o anidrido succínico de n-hexadecenila, o anidrido succínico de n-dodecila, o anidrido succínico de i-dodecenila, o anidrido succínico de n-decenila e o anidrido succínico de n-ctenila.

X o - o o) N Os anidridos succínicos de alcenila são divulgados na Patente US. nº 4.040.900 que é incorporado no caso por referência em sua totalida- de e por C.E. Farley et R.B. Wasser em The Siziong of Paper, Segunda Edi- ção, editado por W.F. Reynolds, Tappi Press, 1989, páginas 51-62. Diver- sos anidridos succínicos de alcenila estão disponíveis no comércio junto a Bercen Inc. Denham Springs, LA, Os anidridos succínicos de alcenila a utili- zar na invenção são, de preferência líquidos a 25 ºC. Mais preferencialmen- te, elas são líquidos a 20 ºC Os dímeros e multímeros de ceteno preferidos são matérias da

- fórmula (2) (ver abaixo), nos quais n é um inteiro de O a aproximadamente 20, R e R", que podem ser idênticos ou diferentes, são grupos alquila ou al- ' cenilas de cadeia reta ou ramificados saturados ou não tendo 6 a 24 átomos de carbono, e R'é um grupo alcenila de cadeia reta ou ramificados saturados ounãotendo de aproximadamente 1 a aproximadamente 40 átomos de car- bono. o = nº

R NX V (2 - Os dímeros de ceteno que constituirão o papel de fase dispersa- da no método dessa invenção têm a estrutura da fórmula (2) na qual n= ) e osgruposRe RR", que podem ser idênticos ou diferentes, são radicais hidro- carbonados. De preferência, os grupos R e R" são grupos alquilas ou al- cenilas de cadeia reta ou ramificados tendo 6 a 24 átomos de carbono, gru- pos ciclo alquilas tendo pelo menos 6 átomos de carbono, grupos aralquilas tendo pelo menos 7 átomos de carbono, grupos alquiarilas tendo pelo menos 7 átomos de carbono, e misturas destes. De preferência, o dímero de cete- no é selecionado dfo grupo constituído de (a) octila, decila, dodecila, tetra- decila, hexadecila, octadecila, eicosila, docosila, tetracosila, fenila, benzila, beta-naftila e os dímeros de ceteno de ciclo-hexila, e (b) os dímeros de cete- no preparados a partir de ácidos orgânicos selecionados do grupo constituí- do montânico, de ácido naftênico, de ácido 9,10-decilênico, de ácido 9,10- dodecilênico, de ácido palmitoléico, de ácido oléico, de ácido ricinoléico, de ácido linoléico, de ácido eleosteárico, das misturas naturais de ácidos graxos que se encontram no óleo de coprah, no óleo de babaçu, no óleo de palmis- te, no óleo de palma, no óleo de oliva, no óleo de amendoim, no óleo de col- za,na banho de boi, na banha de porco, na banha de baleia, das misturas de qualquer um dos ácidos mencionados. Mai preferencialmente, o dímero de ceteno é selecionado do grupo constituído de dímero de octila, decila, dodecila, tetradecila, hexadecila, octadecila, eixosila, docosila, tetracosila,

- fenila, benzila, B —naftila, e ciclo-hexil-cetenos. Díimeros de alquilcetenos foram utilizados no comércio durante e muitos anos e são preparados por dimerização dos alquilcetenos obtidos a partir de cloretos de ácidos graxos saturados de cadeia reta; estes que são mais amplamente utilizados são obtidos a partir de ácido palmítico e/ou es- teárico. O dímero de alquilceteno puro é fornecido por Ashland Hercules Wa- ter Technologies, Ashland Inc, Wilmington, Del., como agente de colagem com a denominação AQUAPEL 364. Os multímeros de ceteno preferidos a utilizar como fase disper- sada no método dessa invenção têm a fórmula (2) na qual n é um inteiro i- " gual a pelo menos 1, R e R", que podem ser idênticos ou diferentes, são o grupos alquilas ou alcenilas de cadeia reta ou ramificados saturados ou não tendo 6 a 24 átomos de carbono, de preferência 10 a 20 átomos de carbono, e ainda mais preferencialmente 14 a 16 átomos de carbono, e R' é um grupo —alquileno de cadeia reta ou ramíificada saturado ou não, tendo de 2 a 40 á- tomos de carbono, de preferência de 4 a 8 átomos de carbono ou de 28 a 40 átomos de carbono.

Os multímeros de ceteno preferidos são descritos na Publicação do Pedido de patente Européia nº O 629 741 A1 e nas patentes US. nº

5.685.815 e 5.846.663, ambos sendo incorporados no caso por referência em sua totalidade.

Dentre os dímeros e multímeros de ceteno preferidos a serem u- tilizados como a fase dispersada na invenção encontram-se aqueles que não estão sob a forma sólida a 25 ºC (matéria sólida não sensivelmente cristali- na, semicristalina ou cerosa; isto é, que eles escoam por aquecimento sem calor de fusão). Os dímeros e multímeros de ceteno que não estão no esta- do sólido a 25 ºC são divulgados nas patentes US nº 5.685.815, 5.846.663,

5.725.731, 5.766.417 e 5.879.814, cada um deles sendo incorporado no caso por referência em sua totalidade. Os dímeros de ceteno que não se encontram no estado sólido a 25 ºC são fornecidos por Ashland Hercules Water Technologies, Wilmington, Del., como agentes de colagem sob a de- nominação PREQUEL e PRECIS.

. Outras colas preferidas reagentes à celulose a utilizar sob a for- ma de fase dispersada na invenção são misturas de dímeros ou multímeros de ceteno com anidridos succínicos de alcenila conforme descrito na patente US. nº 5.766.417, que é incorporado no caso por referência em sua totali- dade As colas que não reagem com a celulose sob a forma de fase dispersada na invenção incluem, de preferência, matérias hidrófobas que escoam livremente a temperaturas inferiores a 95 ºC, de preferência inferior a 70 ºC, da cera, dos colofanos, esterificadas, das resinas hidrocarbonadas outerpenos,e agentes de colagem polímeros.

O Também, emulsões de colagem dessa invenção podem conve- OS nientemente conter pelo menos u ma gente de superfície a fim de facilitar sua emulsificação na água, essas matérias são bem conhecidas na técnica.

O componente do agente de superfície facilita a emulsificação doa agente de colagem com um componente da água, quando se realiza a emulsão.

Ge- ralmente, os agentes de superfície são aniônicos ou não iônicos ou podem ser catiônicos e podem ter uma ampla faixa de valores HLB.

Agentes de superfície convenientes incluem, mas sem ser aí li- mitados, etoxilatos fosfatados que podem conter substituintes hidrocarbona- dosde alquila, de arila, de aralquila, ou de alcenila, produtos sulfonados, tais como aqueles obtidos, sulfonando alcoóis graxos ou alcoóis graxos aromáti- cos, alquil-fenóis etoxilados, tais como os nonil fenóxi polietóxi etanóis, os octil fenóxi polietóxi etanóis, os polietilenos glicóis, tais como o PEG 400 monooleato e o PEG 600 dilaurato, os ésteres de fosfato etoxilados, os sul- fo-succinatos de dialquila, tais como o sulfo-succinato de dioctila sódio, poli- óxi alquileno alquila ou os ésteres de alquil arila polióxi alquileno ou os mono ou diésteres correspondentes, e as aminas trialquila e seus ácidos e sais quaternários tanto quanto os hidratos de amina, tais como dimetil amina de oleil e dimetil amina de estearila.

Agentes de superfície preferidos são aqueles que emulsificam, o agente de colagem para chegar ao diâmetro médio de gotícula da emulsão ou do tamanho de partícula menor.

Essas emulsões podem ter um diâmetro

- de gotícula médio ou tamanho de partículas de aproximadamente 2 mícrons - ou menos, de preferência entre 0,5 e 1,5 mícrons, e mais preferencialmente de cerca de 1 mícron ou menos. O tamanho das gotículas pode ser conve- nientemente medida por qualquer técnica de medida de tamanhos de partí- culas bem conhecida, por exemplo, os métodos ao microscópio, de difusão de luz clássica ou quase elástica , de sedimentação, de centrifugação ao disco, de detecção de eletrozônio, cromatográfico e fracionamento do esco- amento em um campo ao equilíbrio de sedimentação. De maneira conveni- ente, os tamanhos das gotículas podem ser estimados por um método de difusão de luz pelo recurso a um instrumento, tal como o analisador de ta- " manhos de partículas HORIBA LA-300.

— Evidentemente, a quantidade de agente de superfície pode vari- ar em função do agente de superfície específica, ou da mistura de agentes de superfície utilizado, como sabe bem o técnico. A quantidade de agente de superfície apresenta em uma composição de colagem da invenção não deve ultrapassar o mínimo para ter um tamanho médio das partículas de aproxi- madamente 2 mícrons ou menos, de preferência entre 0,5 e 1,5 mícrons e mais preferencialmente de cerca de 1 mícron ou menos emulsão resultante. Quantidades mais elevadas podem chegar à degradação do tamanho das partículas e aos problemas ligados ao comportamento da máquina que são uma consequência de uma emulsão de baixa qualidade. Pode-se utilizar da ordem de 0,01 % a aproximadamente 10 % de agente de superfície em pe- so, sobre a base do peso total de agente de colagem. De preferência, a qua- lidade de agente de superfície presente em uma composição decolagem vai de aproximadamente 0,1 % a aproximadamente 5 % em peso. Mais prefe- rencialmente, a quantidade de agente de superfície presente em uma com- posição de colagem é inferior a aproximadamente 1,0 % em peso. Misturas disponíveis no comércio e compreendendo pelo menos um agente de cola- gem e pelo menos um agente de superfície, tais como os agentes de cola- gem PREQUEL 20F ou o PREQUEL 90F fornecidos por Ashland Inc., Wil- mington, Del., podem ser convenientemente utilizados para a formação das emulsões de colagem da invenção.

. Com referência às emulsões de óleo na água, tais como as e- - mulsões de agentes de colagem, a fase contínua pode ser a água ou uma solução aquosa de um polímero natural ou sintético. A água é preferida. Se a fase contínua for a água, a pós-diluição da emulsão com a água para se obterumteorem elementos sólidos desejada, seguida por uma diluição adi- cional com uma solução aquosa à base de polímero natural ou sintético é recomendada. Os polímeros catiônicos que podem ser utilizados para a for- mação de emulsões de óleo na água de agentes de colagem incluem qual- quer polímero catiônico contendo nitrogênio solúvel na água que confere uma carga superficial positiva às partícula da fase dispersadas da emulsão. " Tipicamente, esses polímeros catiônicos são compostos de amônio quater- — nário; homopolímeros ou copolímeros de aminas insaturados em etileno; os produtos de reação resinosos de epi-halo-hidrinas e de poliaminopoliamidas; alquilenopoliaminas; poli(dialil aminas), bis-amino propil piperazina, conden- sados de diciandiamida (ou cianamida)- polialquileno poliamina, condensa- dos de diciandiamida (ou cianamida)- formaldeídos, e condensados de dici- andiamaida (ou cianamida)-bis- amino propil piperazina; e amidos catiônicos. Os amidos catiônicos são amidos solúveis na água contendo grupos amina- dos, amônio quaternário ou outros grupos catiônicos em quantidade suficien- te para que o amido em seu conjunto possua uma afinidade pronunciada à celulose. O amdio catiônico é preferido. Podem-se também utilizar polímero não catiônicos. A utilização de polímeros catiônicos em composições de cola- gem é globalmente descrita nas Patentes U.S nº 4.240.935, 4.243.481,

4.279.794,4.295.931, 4.317.756, 4.522.686, todos liberados em Dumas, na patente U.S. nº 2.961.366 liberado Weisgerber e na patente U.S nº

5.853.542 (liberado em Bottorff). Os polímeros atmosféricos apesar daqueles divulgados na patente U.S. nº 7.270.727 (Varnell), podem também ser utili- zados. Todo o conteúdo de cada um dessas patentes é incorporado no caso porreferência. A quantidade mínima de polímero catiônico utilizado deve ser suficiente para que a dispersão se torna catiônica. A quantidade utilizada

: variará em função da solubilidade na água e da força catiônica do polimero - particular empregado, assim como outras variáveis, tais como a qualidade ' da água.

A quantidade de polímero natural ou sintético pode ser expressa como uma percentagem do peso da cola que reage com a celulose que se utiliza. De preferência, a quantidade de polímero se acha de aproximada- mente 0,1 % até aproximadamente 400 % em peso em relação ao peso da cola que reage com a celulose, mais preferencialmente de cerca de 2 a a- proximadamente 100 % em peso em relação ao peso da cola que reage com a celulose, e da forma a mais preferível, de aproximadamente 10 a aproxi- 7 madamente 30 % em peso em relação ao peso da cola que reage com a : celulose. Essa quantidade vai depender das exigências próprias a uma apli- cação de produção de papel específico.

A temperatura da solução aquosa utilizada para o posto de dilui- çãoé geralmente inferior a aproximadamente 50 ºC, mas pode ser superior, segundo a aplicação. O pH da solução aquosa varia, segundo a aplicação. O pH pode se achar na faixa de 4 a 8 aproximadamente. A pós-diluição é geralmente executada em condições de fraco cisalhamento, por exemplo, nas condições de cisalhamento criadas por um dispositivo tal como uma bomba centrífuga, um misturador em linha estática, uma bomba peristáltica, um agitador com haste, ou combinações desses dispositivos.

As emulsões de agentes de colagem preparadas através dessa invenção podem ser utilizadas no âmbito da colagem interna de papel ou de papelão onde as emulsões de colagem são acrescentadas à pasta líquido ao —nívelda parte úmida do processo de fabricação de papel, ou a colagem su- perficial de papel ou de papelão no qual as dispersões de colagem são apli- cadas no nível da prensa de colagem ou a acamadora. Essa invenção pode também ser utilizada em uma ou as duas partes de um sistema de colagem em duas partes. Por exemplo, uma parte pode ser misturada internamente coma pastade madeira e uma segunda parte aplicada no nível da prensa de colagem, uma prática habitual na fabricação de papel.

A quantidade de agente de colagem acrescentada à pasta ou a-

. plicada sob a forma de cola superficial vai de aproximadamente 0,005 a 5 % - em peso, sobre a base da siccidade da pasta, isto é, as fibras e as cargas . opcionais, e, de preferência, de 0,01 a 1 % em peso, onde a dosagem de- pende principalmente da qualidade da pasta ou do papel a colar, do compos- tode colagem utilizado e do nível de colagem desejado.

Os elementos químicos convencionalmente acrescentados à pasta, quando da produção de papel ou de papelão, tais como os agentes de auxílio ao tratamento (por exemplo, agentes de auxílio à retenção, os a- gentes de auxílio à drenagem, os aditivos de controle dos contaminadores, etc) ou de outros aditivos funcionais (por exemplo, , aditivos de melhoria da É resistência ao estado seco ou úmido, corantes, agentes de brilho óptico, etc) S podem ser utilizados de maneira combinada com os agentes de colagem dessa invenção.

A invenção foi descrita no caso com referência a uma fase dis- —persada que pode conter um agente de colagem. Como variante, o dispositi- vo venturi 50 dessa invenção pode também ser utilizado para o preparo dos polímero da emulsão inversa utilizados habitualmente no processo de fabri- cação de papel. Os polímeros da emulsão inversa são preparados e estabili- zados, utilizando-se agentes de superfície ativos, mais comumente denomi- nados agentes de superfície. Os agentes de superfície utilizados vão permitir a emulsificação do monômero solúvel na água na fase oleosa, antes da po- limerização, e oferecer a estabilidade ao polímero da emulsão resultante. À estabilidade que inclui a resistência à sedimentação, mudanças menores da viscosidade no decorrer do tempo e a inversão prematura, sem esquecer a necessidade de ter uma emulsão estável durante o processo de polimeriza- ção, necessita de um conjunto robusto de estabilização da emulsão.

A inversão da emulsão se refere ao processo antes da utiliza- ção, no qual as fases são invertidas e o polímero é liberado da fase descon- tínua. Um grande volume de solução aquosa é acrescentado, a fim de criar uma fase aquosa (água) contínua, na qual a coalescência da fase aquosa anteriormente dispersada chega à dispersão do polímero na solução, tor- nando a solução viscosa. Agentes de superfície, denominados "agentes de

- superfície desagregadores", são acrescentados à emulsão para favorecer a - inversão, a fim de perturbar o sistema de estabilização da emulsão original, r quando o volume relativamente importante de água é combinado, tendo re- corrido a um certo nível de agitação ou cisalhamento, com a emulsão de á- guanoóleo. É bem a ação conjunta desses três fatores, o volume conside- rável da fase dispersada, as forças de cisalhamento, e o(s) agente(s) de su- perfície desagregadores, que resulta na inversão, ou inversão de fase, da emulsão. Além disso, o polímero pode a presente interagir com outras maté- rias com fases aquosas. A quantidade relativamente pequena de óleo (20 — 40%em peso da emulsão original) é dispersada na fase aquosa, onde, em O razão do acréscimo do grande volume de solução aquosa, o óleo é um com- - ponente menor.

O polímero é invertido em uma solução aquosa, de modo que a concentração resultante do polímero ativo se acha tipicamente na faixa de aproximadamente 0,1 % a aproximadamente 1,5 % em peso. A concentra- ção utilizada depende de vários fatores, compreendendo, mas sem ser aí limitada, a temperatura e a química da água, a viscosidade da solução, a velocidade de fornecimento, e as dimensões do equipamento e as vazões. Pode-se inverter o polímero da emulsão em uma solução aquo- —sa,dirigindo fluxos convergentes de água e de emulsão pura às concentra- ções desejadas através do dispositivo venturi 50. Nessa inversão,a fase contínua é a água, que é introduzida pela primeira entrada 48 do dispositivo venturi 50, e fase dispersada é a emulsão à base de polímero ou emulsão bruta, que é introduzida pela entrada de aspiração 52 do dispositivo venturi

50.A pressão da fase contínua pode se achar na faixa de aproximadamente 1a 4 MPa (10 a 40 bar), de preferência de aproximadamente 1,5 a 2,5 MPa (15 a 25 bar), e a velocidade de escoamento da fase contínua pode ser de aproximadamente 10 a 50 m/s, de preferência de aproximadamente 25 a 35 m/s. Em seguida, a mistura resultante sofre uma etapa de mistura, em um misturador estático ou uma bomba mecânica, na qual a ação de mistura me- lhora o processo de inversão. Tipicamente, a solução aquosa é em seguida transferida em um reservatório, no qual ela é misturada até se tornar homo-

- gênea. Em um sistema contínuo, elimina-se a etapa de transferência para - um reservatório. Fr Tipicamente, a água de diluição adiciona é acrescentada à solu- ção com polímero invertido exatamente antes da introdução no processo para auxiliara dispersão do polímero.

EXEMPLOS Exemplo 1 150 I/h foram alimentados como fase contínua em uma primeira entrada de um dispositivo venturis conforme mostrado nas figuras 2-4. À pressão de alimentação da água é de 3 MPa (30 bar). O diâmetro do bocal e para fase contínua (por exemplo, o diâmetro do bocal 66 na figura 3) é de 1 - mm. Uma fase dispersada à base de agente de colagem PREQUEL 20F (um ASA) foi fornecida sob vácuo à entrada de aspiração do dispositivo ven- turi a 15 kg/h. O diâmetro do bocal para fase misturada (por exemplo, , o diâmetro do bocal 60 na figura 3) é de 2 mm. A velocidade do venturi é de 53 m/s no bocal para fase contínua. O tamanho mediano das partículas da e- mulsão é de 0,67 mícrons. Exemplo 2 170 I/h de água foram alimentados como fase contínua em uma primeira entrada de um dispositivo venturi conforme mostrado nas figuras 2-

4. A pressão de alimentação da água é de 3 MPa (30 bar). O diâmetro do bocal para fase contínua (por exemplo, o diâmetro do bocal 66 na figura 3) é de 1 mm. Uma fase dispersada à base de agente de colagem PREQUEL 20 F (um ASA) foi fornecida sob vácuo à entrada de aspiração do dispositivo venturi com 27 kg/h. O diâmetro do bocal para fase misturada (por exemplo, , 0- diâmetro do bocal 60 na figura 3) é de 2 mm. A velocidade do venturi é de 60 m/s no bocal para fase contínua. O tamanho mediano das partículas da emulsão é de 0,67 mícrons. Exemplo 3 80 Ih de água foram alimentados como fase contínua em uma primeira entrada de um dispositivo venturi conforme mostrado nas figuras 2-

4. A pressão de alimentação da água é de 3,1 MPa (31 bar) (pag 23 linha9).

. O diâmetro do bocal para fase contínua (por exemplo, , o diâmetro do bocal * 66 na figura 3) é de 0,8 mm. Uma fase dispersada à base de agente de co- " lagem PREQUEL 20F (um ASA) foi fornecida sob vácuo à entrada de aspi- ração do dispositivo venturi a 8 kg/h. O diâmetro do bocal para fase mistu- rada (por exemplo, o diâmetro do bocal 60 na figura 3) é de 1,6 mm. A velo- cidade do venturi é de 44 m/s no bocal para fase contínua. O tamanho medi- ano das partículas da emulsão é de 0,82 mícrons. Exemplo 4 (exemplo comparativo) 180 I/h de água foram alimentados como fase contínua em uma primeira entrada de um dispositivo venturi conforme mostrado nas figuras 2- * 4. A pressão de alimentação da água é de 3,2 MPa (32 bar). O diâmetro do x bocal para fase contínua (por exemplo, o diâmetro do bocal 66 na figura 3) é de 1 mm. Uma fase dispersada à base de agente de colagem PREQUEL 20F (um ASA) foi fornecida sob vácuo à entrada de aspiração do dispositivo venturia15kg/h. O diâmetro do bocal para fase misturada (por exemplo, o diâmetro do bocal 60 na figura 3) é de 1 mm (mesmo diâmetro para o bocal para fase contínua e para fase misturada). A velocidade do venturi é de 63 m/s no bocal para fase misturada. A emulsão quase se dispersou imediata- mente em fases separadas: água e gotas de ASA. Foi impossível medir a distribuição do tamanho das partículas. Exemplo 5 160 I/h de água foram alimentados como fase contínua em uma primeira entrada de um dispositivo venturi conforme mostrado nas figuras 2-

4. A pressão de alimentação da água é de 3 MPa (30 bar). O diâmetro do —bocalpara fase contínua (por exemplo, o diâmetro do bocal 66 na figura 3) é de 1 mm. Uma fase dispersada à base de agente de colagem PREQUEL 90F (um AnKD fornecido por Ashland Hercules Water Technologies, Wil- mington, Del.) foi fornecida sob vácuo à entrada de aspiração do dispositivo venturi a 30 kg/h. O diâmetro do bocal para fase misturada (por exemplo, , o — diâmetrodo bocal 60 na figura 3) é de 2 mm. A velocidade do venturi é de 57 m,/s no bocal para fase contínua. A emulsão se revelou estável com um ta- manho mediano das partículas de 0,8 mícrons.

. Exemplo 6 s 90 I/h de água foram alimentados como fase contínua em uma -. primeira entrada de um dispositivo venturi conforme mostrado nas figuras 2- 4, A pressão de alimentação da água é de 3 MPa (30 bar). O diâmetro do —bocalpara fase contínua (por exemplo, o diâmetro do bocal 66 na figura 5) é de 0,8 mm.

Uma fase dispersada à base de agente de colagem PREQUEL 20F (um ASA) foi fornecida sob vácuo à entrada de aspiração do dispositivo venturi a 30 kg/h.

O diâmetro do bocal para fase misturada (por exemplo, , o diâmetro do bocal 60 na figura 3) é de 24 mm.

A velocidade do venturi é de50m/s no bocal para fase contínua.

A emulsão se revelou estável com é - um tamanho mediano das partículas de 1,15 mícrons.

À : Exemplo 7 180 I/h de água foram alimentados como fase contínua em uma primeira entrada de um dispositivo venturi conforme mostrado nas figuras 2- 4 A pressão de alimentação da água é de 3 MPa (30 bar). O diâmetro do bocal para fase contínua (por exemplo, o diâmetro do bocal 66 na figura 3) é de 1,2 mm.

O diâmetro do bocal para fase misturada (por exemplo, , o diâmetro do bocal 60 na figura 3) é de 1,6 mm.

A velocidade do venturi é de 44 m/s no bocal para fase contínua.

A emulsão se revelou estável com um tamanho mediano das partículas de 0,8 mícrons.

Embora se tenha descrito a presente invenção em relação com modos de realização particulares desta, é claro que várias outras formas e modificações serão evidentes para o técnico.

As reivindicações anexadas e a presente invenção devem ser globalmente interpretadas, de modo a a- branger todas essas formas e modificações evidentes, que se acham na ex- tensão da invenção.

Claims

- REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para emulsificação de óleo na água ou de água no f óleo que compreende: um dispositivo Venturi (50) que tem um bocal (66) para fase contínua e uma entrada (52) para fase dispersada, no qual o bocal para fase contínua possui um primeiro diâmetro (d1) que dirige o fluxo de uma fase contínua em uma seção de mistura (80) do dispositivo venturi, e a entrada para fase dispersada introduz uma fase dispersada na seção de mistura, a fim de formar uma emulsão da fase dispersada e da fase contí- nua; e no qual esse dispositivo venturi possui um bocal (60) para fase mistu- —rada que possui um segundo diâmetro (d2) pelo qual a emulsão é conduzida é da seção de mistura para uma saída do dispositivo Venturi, caracterizado pelo fato de que esse segundo diâmetro (d2) desse dispositivo Venturi (50) é mais importante do que esse primeiro diâmetro (d1) em uma relação superi- ora 1:1 einferior a 4:1.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, no qual a fase con- tínua é introduzida a uma pressão que vai de aproximadamente 1 MPa (10 bar) até aproximadamente 5 MPa (50 bar).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, compreen- dendo, além disso, uma bomba (22) destinada ao bombeamento da fase contínua no interior do dispositivo Venturi (50).

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, no qual a fase contínua tem uma velocidade que se acha na faixa de a- proximadamente 10 a 100 m/s através do bocal para fase contínua.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4,noquala fase contínua compreende a água ou uma solução aquosa de amido ou uma solução à base de polímero.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, no qual a fase dispersada compreende uma ou várias emulsões inversas.

7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5,noquala fase dispersada compreende um ou vários compostos de cola- gem de papel que não reage com a celulose ou compostos de colagem de papel reagindo com a celulose, tais como o anidrido succínico de alcenila

- (ASA), o dímero de ceteno alquila (AKD), dímeros de ceteno, multímeros de ceteno, epóxidos orgânicos contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos * de carbono, halogenetos de acila contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono, anidridos de ácidos graxos contendo aproximadamente 121a22 átomos de carbono, ou isocianatos orgânicos contendo de aproxi- madamente 12 a 22 átomos de carbono.

8. Método para emulsificação de um agente de colagem a ser u- tilizado no tratamento de papel ou de papelão que compreende o fato de: - introduzir sob pressão em um dispositivo Venturi (50) uma fase contínua contendo água, esse dispositivo venturi dispondo de um bocal (66) ! para fase contínua de um primeiro diâmetro (d1) que dirige essa fase contí- S nua em uma seção de mistura (80); - introduzir na seção de mistura (80) do dispositivo Venturi uma fase dispersada contendo pelo menos um agente de colagem, a fim de for- maruma emulsão da fase dispersada e da fase contínua; - conduzir a emulsão através de um bocal (60) para fase mistu- rada de um segundo diâmetro (d2) nesse dispositivo venturi; caracterizado pelo fato de esse diâmetro (d2) do bocal para a fa- se misturada desse dispositivo venturi ser mais importante que esse diâme- tro(d1)do bocal para fase contínua com uma relação superior a 1:1 e inferi- orad41.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, no qual a fase con- tínua é introduzida com uma pressão que vai de aproximadamente 1 MPa (10 bar) a aproximadamente 5 MPa (50 bar).

10. Método, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, no qual a fa- se contínua tem uma velocidade de aproximadamente 10 a 100 m/s através do bocal para fase contínua.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, no qual a fase contínua compreende água ou uma solução aquosa de amido ou uma solução à base de polímero.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11, no qual a fase dispersada compreende compostos de colagem de papel

+ que não reagem com a celulose ou compostos de colagem de papel que reagem com a celulose, tais como o anidrido succínico de alcenila (ASA), o : dímero de ceteno alquila (AKD), dímeros de ceteno, multímeros de ceteno, epóxidos orgânicos contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de car- —bono, halogenetos de acila contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono, halogenetos de acila contendo de aproximadamente 12 a 22 átomos de carbono, anidridos de ácidos graxos oriundos de ácidos graxos contendo cerca de 12 a 22 átomos de carbono, ou isocianatos orgânicos contendo aproximadamente de 12 a 22 átomos de carbono.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, no qual a fase dispersada compreende, além disso, um ou vários agen- tes de superfície em uma proporção que vai de 0,1 % a aproximadamente 5 % em peso dessa fase dispersada.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13,noquala emulsão possui um tamanho médio das partículas abaixo de 2 yu.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, no qual a emulsão apresenta uma concentração da fase dispersada / fase contínua que vai de 2 a 50 por cento em peso.

16. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 15,compreendendo, além disso, o fato de pós-diluir a emulsão e acrescentar a emulsão pós diluída seja a uma parte úmida ou a uma prensa de colagem ou de camada para um sistema de fabricação de papel ou de papelão.

17. Método de inversão de uma emulsão inversa que compreen- de: - introduzir sob pressão em um dispositivo Venturi (50) uma fase contínua contendo água, esse dispositivo venturi dispondo de um bocal (66) para fase contínua de um primeiro diâmetro (d1) que dirige essa fase contí- nua em uma seção de mistura (80); - introduzir na seção de mistura (80) do dispositivo Venturi uma fase dispersada contendo pelo menos um agente de colagem, a fim de for- mar uma emulsão da fase dispersada e da fase contínua; - conduzir a emulsão através de um bocal (60) para fase mistu-

. rada de um segundo diâmetro (d2) nesse dispositivo venturi; caracterizado pelo fato de esse diâmetro (d2) do bocal para fase f misturada desse dispositivo venturi ser mais importante que esse diâmetro (d1) do bocal para fase contínua com uma relação superior a 1:1 e inferior a Ss. a

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, no qual a emul- são inversa compreende um ou vários agentes de auxílio à retenção e à drenagem a utilizar em sistemas de fabricação de papel ou de papelão.

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