BR112012025330B1

BR112012025330B1 - composições de polivinilaminas com amido catiônico e processo de fabricação de produtos de papel ou papelão

Info

Publication number: BR112012025330B1
Application number: BR112012025330-1A
Authority: BR
Inventors: Frank J. Sutman; Christopher P. Dilkus; Qu-Ming Gu
Original assignee: Solenis Technologies Cayman, L.P.
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2020-12-08
Also published as: TW201207194A; CA2792944C; JP2013523979A; CN102834565A; KR101845808B1; ES2587992T3; PL2556191T3; PT2556191T; ZA201208334B; MX2012011449A; EP2556191A1; EP2556191B1; AU2011237628A1; US8444818B2; US20110247775A1; KR20130096633A; CA2792944A1; WO2011127268A1; CN102834565B; TWI486501B

Abstract

COMPOSIÇÕES ESTÁVEIS E AQUOSAS DE POLIVINILAMINAS COM AMIDO CATIÔNICO, E UTILIDADE PARA FABRICAÇÃO DE PAPEL. A presente invenção refere-se a uma compoisção estável aquosa compreendendo polivinilamina e amido catiônico líquido em uma razão de 90 para 55 partes de polivinilamina em base ativa para 10 a 45 partes de amido catiônico líquido em uma base ativa. A composição pode ser usada na fabricação de papel como um auxiliar de resistência ou drenagem.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se à composição de polivinilamina e amido catiônico líquido para uso como um produto de força seco para papelão e outros produtos de papel. Além disso, a presente invenção refere-se a um processo melhorado de fabricação de papelão utilizando a composição.

Antecedentes da Invenção

[002] Soluções aquosas de polivinilaminas parcialmente e totalmente hidrolisadas têm grande utilidade na melhoria da resistência a seco, retenção e drenagem do papel, controle de contaminantes e a eficiência de aplicação de outros aditivos, isto é, - amido, agente de dimensionamento e antiespumante. Estes efeitos positivos são mais perceptíveis em graus de papelão para embalagem reciclado, mas geralmente podem ser observados em todos os graus de papel e cartão. Polivinilaminas são altamente eficazes para esses fins, e desfrutam de amplo uso comercial. No entanto, a química da polivinilamina é muito cara para produção. Um produto mais verde é desejado, o qual irá reter a mesma funcionalidade de um homopolímero de polivinilamina, mas que pode ser fabricado a um custo mais baixo, com um menor impacto ambiental.

[003] Polivinilaminas são normalmente feitas por polimerização de radical livre em solução de monômero de N-vinilformamida seguida por hidrólise básica. Os produtos são geralmente na forma aquosa, a um sólido de polímero ativo de cerca de 10-20% por peso seco. Polivinilamina é altamente catiônica em solução, devido à sua elevada densidade de funcionalidade amina primária ou amidina. Em geral, um produto de polivinilamina é usado como um componente único para fabricação de papel na extremidade úmida.

[004] A patente US 4.940.514 descreve a utilidade de uma mistura de amido enzimaticamente digerido e polivinilamina, poli-DADMAC, ou poli-vinilimidazolina como um agente de resistência do papel. As reivindicações requerem que o amido seja enzimaticamente reduzido e esteja dentro de uma viscosidade de solução especificada. Também se especifica que a razão de polímero catiônico para amido seja de 1 a 20 partes de polímero para 100 partes de amido. O pedido de patente US 20040112559 descreve misturas de amido de baixa viscosidade e polímeros sintéticos, como poliacrilamidas e polivinilaminas. Os amidos utilizados são todas enzimaticamente degradados e têm baixa viscosidade. Não existem efeitos sinérgicos nestas misturas.

[005] O pedido de patente US 20050109476 descreve a utilidade de aumentar a adsorção de amido em papel, por coextrusão do amido com polivinilamina. A mistura tem de ser passada através de uma extrusora. A patente US 6.616.807 ensina a reagir polivinilaminas com amido. A reação requer a adição da polivinilamina ao amido acima da sua temperatura de gelatinização. Também se reivindica polivinilaminas como auxiliares de retenção de amido. Neste último caso, a adição separada de estoque de fabricação de papel é empregada.

[006] A patente US 7.074.845 descreve misturas de grânulos de amido inchados, intactos, látexes aniônicos e opcionalmente coaditivos aniônicos ou catiônicos, incluindo polivinilamina ou poli-DADMAC. Carboxilmetili celulose (CMC) aparece preferido como um coaditivo a partir dos exemplos. Neste caso, o amido não está completamente cozido, e o látex aniônico deve estar presente para a prática da invenção. A patente US 6.746.542 ensina que a reação da técnica anterior de polivinilaminas com amido melhorou a resistência do papel, mas resultou em reduções inaceitáveis na taxa de produção. A melhoria é uma adição de dois componentes de polivinilamina ou outro "agente cationizante" e um "auxiliar de drenagem" de baixo peso molecular ao amido, novamente acima da temperatura de gelatinização. O auxiliar de drenagem é selecionado a partir de diversos polímeros catiônicos ou não iônicos de mais de um milhão de peso molecular.

[007] Uma série de referências da técnica anterior foram citadas na patente US 6.746.542. Elas ensinam a adição e reação de um componente polimérico sintético a amido. Todos requerem a adição por "aquecimento", "digestão" ou "reação sob condições alcalinas" para gelatinizar o amido. Nenhuma ensina uma mistura aquosa estável, simples de uma solução de amido de alta viscosidade e elevado teor de sólidos e polivinilamina que pode ser formada à temperatura ambiente e pH neutro.

[008] A patente US 7.090.745 ensina a produção de hidrogéis através da reação de polivinilaminas com açúcares redutores. O escopo de 7.090.745 inclui açúcares poliméricos como amido e celulose, embora todos os exemplos usem açúcares monoméricos. Os hidrogéis são úteis como agentes de resistência de papel. Os hidrogéis são criados através da mistura de polivinilamina e um açúcar de redução, à temperatura ambiente, em seguida, aquecimento e mistura da mistura durante um período de tempo. Os hidrogéis são materiais insolúveis em água e não dispersíveis em água.

[009] O pedido de patente US 20050022956 ensina uma composição de dimensionamento de superfície melhorada, incluindo um agente de dimensionamento (tipicamente amido), um polímero catiônico incluindo polivinilamina, e um polímero aniônico, tal como SMA. O polímero aniônico deve estar presente para a prática da invenção reivindicada,

[0010] Há ainda uma necessidade de desenvolver um produto de resistência a seco à base de polivinilamina, de custo mais baixo, mais ambientalmente amigável para aplicação na fabricação de papel. O produto deve ser equivalente ou melhor do que polivinilamina em base de peso ativo como uma resina de resistência a seco e um auxiliar de drenagem para cartão canelado reciclado e outros produtos de papel. Os inventores verificaram surpreendentemente que as composições de polivinilamina com amidos catiônicos líquidos a umas determinadas razões de polivinillamina para amido mostram um efeito sinérgico em aplicações de fabricação de papel e apresentam resistência a seco melhorada e propriedades de drenagem em comparação a polivinilamina sozinha na mesma base de peso ativo. O custo-em-uso é reduzido em cerca de 20%. A mistura é estável e não sofre retrogradação do amido no armazenamento.

Breve Descrição da Invenção

[0011] A presente invenção proporciona uma composição que compreende uma mistura aquosa de polivinilamina em conjunto com um amido catiônico líquido de elevado teor de sólidos e alta viscosidade. A composição pode ser usada como um aditivo de resistência a seco, resultando em produtos de papelão que mostram desempenho de resistência a seco significativamente melhorada. As misturas podem também ser usadas para fornecer drenagem melhorada para a pasta de fibra reciclada e maior produtividade da máquina. O tratamento com a combinação inventiva reduz o custo total do material. Além disso, há menos desenvolvimento de resistência a úmido do que polivinilaminas usadas sozinhas. Produtos com menos resistência a úmido podem ser mais facilmente novamente despolpados.

[0012] A composição misturada de amido catiônico líquido e polivinilamina de acordo com a presente invenção contém uma razão de 10 a 45% em peso de um amido catiônico líquido a 55 até 90% em peso de um produto de polivinilamina em uma base de polímero ativo. Uma mistura preferida contém uma razão de cerca de 15 a 40% em peso do amido catiônico líquido numa base de amido ativo a 60 até 85% em peso de uma polivinilamina em uma base de polímero ativo. A mistura preferida contém uma razão de 20-30% em peso do amido catiônico líquido em uma base de amido ativo a 70 até 80% em peso de uma polivinilamina em uma base de polímero ativo. As composições misturadas apresentam efeito sinérgico na fabricação de papel e fornecem propriedades melhoradas.

[0013] Os homopolímeros de polivinilamina preferidos são Hercobond® 6363 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA), um produto totalmente hidrolisado de polivinilformamida e Hercobond® 6350 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA), um produto 50% hidrolisado de polivinilformamida. Esses produtos são atualmente utilizados nas indústrias de fabricação de papel para maior resistência a seco e úmido do papel, retenção e drenagem, controle de depósito de substâncias prejudiciais através de fixação, aditivos de cor de revestimento para promoção de OBA, e modificadores de reologia para a retenção de água.

[0014] Em uma forma de realização da invenção, as soluções aquosas de polímeros de polivinilaminas utilizadas têm polímero ativo na faixa desde 5 a 30% em peso, de preferência na faixa de 10 a 15% em peso.

[0015] Amidos catiônicos líquidos são utilizados na presente invenção. Os amidos catiônicos utilizados na presente invenção não são enzimaticamente hidrolisados. Esses amidos catiônicos líquidos são em geral usados como aditivos na fabricação de papel para uma variedade de aplicações, incluindo o aumento da resistência do papel, substituição da fibra, redução do peso de base e a redução do refino, fornecendo uma melhor drenagem e secagem. Exemplos de amidos catiônicos são amidos catiônicos líquidos Redibond® série 5000 da National Starch (National Starch, Bridgewater, NJ, EUA), Stalok® 280 da AE Staley (Tate & Lyle PLC, Londres, Reino Unido), Vector® SC20157 da Roquette (Roquette, Lestrem Cedex, França) e produtos de amido catiônico Dynasol® série 300 de (International Additive Concepts Inc., Charlotte, NC, EUA).

[0016] Em um aspecto da invenção, a porção catiônica de produtos de amido líquido são geralmente de cloreto de 3-cloro-2- hidroxipropiltrimetilamônio via modificação química e o teor de nitrogênio dos produtos de amido catiônico Iíquido pode variar entre 0,1% a 2,0%. O amido catiônico pode ser adicionalmente inibido por tratamento de um reagente de reticulação químico, tal como epicloridrina.

[0017] De preferência, os amidos líquidos têm alto teor de sólidos até 30% e são estáveis no armazenamento a um pH alcalino e ácido.

[0018] De preferência, o teor de sólidos dos amidos líquidos está na faixa de 10 a 40%, e mais preferivelmente de 15 a 35% e mais preferivelmente de 20 a 30%. O teor de sólidos dos amidos líquidos é igual ao amido ativo em percentagem de peso.

[0019] De preferência, a viscosidade dos amidos líquidos está na faixa de 1 a 30 Pa.s (1000 a 30.000 cps), de preferência de 2 a 20 Pa.s (2000-20.000 cps), mais preferencialmente de 2 a 15 Pa.s (2000 a 15.000 cps) e ainda mais preferencialmente de 3 a 12 Pa.s (3000 a 12.000 cps).

[0020] Embora a utilização de amidos catiônicos como aditivos de resistência a seco de baixo custo seja conhecida na indústria de fabricação de papel, os produtos de amido catiônico líquido não são eficazes para melhorar a drenagem e retenção da fibra em produtos de papel. Os produtos de amido não são eficazes em relação aos produtos de polivinilamina, por exemplo, Hercobond® 6363 e Hercobond® 6350, para melhorar a drenagem de polpas recicladas. As composições misturadas dos amidos catiônicos líquidos e a polivinilamina a uma razão de mistura apropriada demonstrou efeitos sinérgicos e forneceu propriedade de resistência a seco melhorada a produtos de cartão canelado reciclado. As composições misturadas também mostraram uma melhor eficácia de retenção e drenagem em relação a Hercobond® 6363 e Hercobond® 6350 na mesma base ativa. Uma vez que os custos de amidos catiônicos líquidos são muito mais baixos do que os produtos de polivinilamina, o produto misturado descrito na presente invenção tem a vantagem de benefícios econômicos em termos de custo-em-uso. Em adição, o amido é uma alternativa verde que provém de uma fonte renovável.

Descrição Detalhada da Invenção

[0021] A invenção proporciona uma composição aquosa estável compreendendo polivinilamina e amido catiônico líquido em uma razão de 90 a 55 partes de polivinilamina em uma base ativa para 10 a 45 partes de amido catiônico líquido em uma base ativa, em que as partes ativas combinadas de amido catiônico líquido e polivinilamina compreendem pelo menos 40% em peso dos sólidos totais da composição.

[0022] Em uma forma de realização da invenção, as partes ativas combinadas de amido catiônico líquido e polivinilamina compreendem entre 40 e 90% em peso dos sólidos totais da composição.

[0023] A composição misturada do amido catiônico líquido e polivinilamina de acordo com a presente invenção pode conter uma razão de 10 a 45% em peso de um amido catiônico líquido em uma base de amido ativo para 55 a 90% em peso de um produto de polivinilamina um uma base de polímero ativo. Uma mistura preferida pode conter uma razão de cerca de 20 a 40% em peso do amido catiônico líquido em uma base amido ativo para 60 a 80% em peso de uma polivinilamina em uma base de polímero ativo. Outra mistura preferida pode conter uma razão de cerca de 20 a 35% em peso do amido catiônico líquido em uma base amido ativo para 65 a 80% em peso de uma polivinilamina em uma base de polímero ativo. A mistura mais preferida contém uma razão de 2030% em peso do amido catiônico líquido em uma base de amido ativo para 70 a 80% em peso de uma polivinilamina em uma base de polímero ativo.

[0024] A polivinilamina utilizada na presente invenção é, de preferência, selecionada a partir do grupo que consiste em homopolímero de vinilamina (isto é, polivinilamina), copolímeros de vinilamina, polivinilformamida totalmente ou parcialmente hidrolisados, terpolímeros de vinilamina, homo- e copolímeros de vinilamina fabricados pela modificação de Hofmann de polímeros de acrilamidaa ou polímeros contendo vinilamina modificados quimicamente após polimerização. O homopolímero de polivinilformamido hidrolisado utilizada na mistura da presente invenção é uma polivinilamina preferida. Prevê-se que copolímeros de vinilamina podem ser usados na presente invenção criando composições estáveis úteis com o amido líquido. As polivinilaminas preferidas utilizadas na presente invenção são os homopolímeros de polivinilamina, Hercobond® 6363 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA), um produto totalmente hidrolisado de polivinilformamida e Hercobond® 6350 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA), um produto 50% hidrolisado de polivinilformamida.

[0025] Amidos catiônicos líquidos utilizados na presente invenção são preferencialmente preparados a partir de amido de milho ceroso.

[0026] Em algumas formas de realização da presente invenção, amidos catiônicos líquidos utilizados são de preferência preparados a partir de amido de milho ceroso via modificação catiônica, usando cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamônio e o teor de nitrogênio dos produtos pode variar de 0,1% a 2,5% ou de preferência de 0,1% a 2,0%. Os produtos de amido preferidos têm 20-30% de sólidos com uma elevada viscosidade e são estáveis em armazenamento a um pH alcalino e ácido no armazenamento. Exemplos incluem, mas não estão limitados a, Redibond® série 5000 (National Starch, Bridgewater, NJ, EUA), Stalok® 280 (Tate & Lyle PLC, Londres, Reino Unido), Vector® SC20157 (Roquette, Lestrem Cedex, França) e DynaSol® 300 (International Additive Concepts Inc., Charlotte, NC, EUA). As bases de amido aplicáveis que podem ser utilizadas no preparo do amido catiônico líquido podem ser derivadas de outras fontes vegetais com um alto teor de amilopectina e teor muito baixo de amilose. Amidos enzimaticamente hidrolisados não são utilizados na presente invenção.

[0027] O teor de nitrogênio que se encontra no amido catiônico adequado para utilização na presente invenção está na faixa de cerca de 0,01 a 2,5%, e de preferência de 0,01 a 2,0%, de preferência de 0,1 a 1,8%, e mais preferivelmente 0,2 a 1,0 %.

[0028] Em um aspecto da invenção, a composição compreende um polímero de vinilamina selecionado a partir do grupo que consiste em homopolímero de vinilamina, polivinilformamida totalmente ou parcialmente hidrolisada, e um amido catiônico líquido derivado do milho ceroso.

[0029] De preferência, o teor de sólidos dos amidos líquidos está na faixa de 10 a 40%, e mais preferivelmente de 15 a 35% e ainda mais preferivelmente de 20 a 30%. O teor de sólidos dos amidos líquidos é igual ao teor de amido ativo em percentagem de peso.

[0030] De preferência, a viscosidade dos amidos líquidos está na faixa de 1 a 30 Pa.s (1.000 a 30.000 cps), de preferência de 2 a 20 Pa.s (2.000 a 20.000 cps), mais preferivelmente de 2 a 15 Pa.s (2.000 a 15.000 cps) e ainda mais preferivelmente de 3 a 12 Pa.s (3.000 a 12.000 cps).

[0031] A polivinilamina de utilização na presente invenção tem de preferência um peso molecular compreendido no intervalo entre 1.000 a 2.500.000, mais preferivelmente de 3.000 a 2.000.000, mais preferivelmente de 5.000 a 500.000.

[0032] O amido ativo preferível está na faixa de 10-50% em peso com base nos ativos totais nas composições misturadas de amido- polivinilamina, com maior preferência na faixa de 15-35% em peso e mais preferencialmente no intervalo de 20 - 30% com base nos ativos totais nas composições misturadas de amido-polivinilamina. Prefere-se que haja menos do que ou o equivalente a 35% em peso de ativo amido na mistura (com base nos ativos totais de ingredientes nas composições misturadas de amido-polivinilamina), mais preferivelmente menos ou igual a 30% em peso de ativo amido na mistura.

[0033] O peso combinado dos ativos de amido e polivinilamina na composição compreende pelo menos 40% dos sólidos totais da composição, de preferência pelo menos 50% e de preferência pelo menos 60%. Os ativos combinados totais de amido e polivinilamina são em geral inferiores a 90% e podem ser de 40 a 90% ou de 50 a 70% dos sólidos totais da composição.

[0034] A mistura de amido catiônico líquido aquoso / polivinilamina pode ser produzida por mistura de um amido catiônico líquido com um produto de solução de polivinilamina a uma concentração e a uma razão de polivinilamina / amido. A formação real da mistura da composição de amido catiônico líquido / polivinilamina aqui descrita envolve a mistura dos componentes aquosos e, opcionalmente, em combinação com água adicional resultando em uma concentração final de cerca de 5,0 a 30,0% em peso, de preferência 10% a 18% em peso, mais preferivelmente 12 a 15% em peso de ativos.

[0035] A mistura dos produtos de amido catiônico líquido com polivinilamina geralmente é realizada por adição lenta de produtos de amido à solução de polivinilamina. A mistura também pode ser preparada por adição da solução de polivinilamina ao amido catiônico líquido sob condições similares, ou preparada utilizando um misturador em linha através de um processo contínuo.

[0036] A temperatura preferível para o processo de mistura está no intervalo de 10-70°C, mais preferivelmente no intervalo de 23-60°C e ainda mais preferivelmente na faixa de 30-50°C. A mistura é então ajustada a um pH adequado utilizando um ácido ou um álcali. Uma condição de pH apropriado da composição misturada pode impedir a decomposição indesejada do material de amido. A um pH baixo, a molécula de amido pode sofrer hidrólise, enquanto uma condição de pH elevado da mistura pode resultar em decomposição química no armazenamento. Por exemplo, a decomposição de um grupo hidroxipropil trimetilamônio que é ligado a uma molécula de amido pode ocorrer sob condições adversas de pH. Um tampão pode ser utilizado para prevenir a hidrólise ácida do amido. Por este motivo, o pH da mistura está de preferência na faixa de 3 a 11, mais preferencialmente na faixa de 5-9, ainda mais preferencialmente na faixa de 6-8. No processo de mistura, os materiais são em geral misturados durante 5 a 30 minutos após o ajuste do pH até que a mistura se torna homogênea. Tempos de mistura mais longos podem ser utilizados.

[0037] As composições misturadas exibiram uma boa estabilidade em armazenamento sem alterações físicas significativas a 23°C durante 3 meses e a 40°C ou 50°C durante 30 dias, significando que houve pouca alteração na viscosidade (menos do que 20% de alteração) e sem separação de fases visível. A razão de polivinilamina de amido catiônico líquido nas misturas tem pouco efeito sobre a estabilidade da viscosidade. A viscosidade preferida da mistura está no intervalo de 0,5 a 4 Pa.s (500 a 4000 cps) a 25°C.

[0038] A viscosidade de uma composição misturada de cerca de 30% em peso de ativos do amido catiônico líquido e cerca de 70% em peso de ativos de Hercobond® 6363 está no intervalo de 500 a 4000 cps a 25°C, variando de acordo com as fontes de produtos de amido de diferentes fornecedores. As composições misturadas são congeladas- descongeladas de modo estável passando por três ciclos de mudança de temperatura desde 23°C até -35°C (35°C abaixo de 0), sem separação de fases ou a retrogradação do amido.

[0039] As composições de amido catiônico líquido e polivinilamina são normalmente utilizadas na extremidade úmida da máquina de papel em quantidades que fornecem propriedades desejadas de resistência a seco e drenagem, a quantidade em uma base ativa de produto variando de 0,01% e 1% em peso de ativos com base no peso da fibra seca, preferivelmente variando de 0,02% a 0,5%, mais preferivelmente variando de 0,05% a 0,3%. Dentro desta faixa, a quantidade exata que é utilizada dependerá do tipo de polpa que está sendo utilizado, das condições de operação específicas, assim como do uso final particular para o qual o papel é usado.

[0040] As composições da presente invenção podem ser utilizadas com 100% de fibras recicladas na fabricação de cartão canelado reciclado como um aditivo de resistência a seco ou auxiliares de drenagem para melhorar a produtividade da máquina. Elas podem também ser utilizadas para o mesmo fim com outras fibras celulósicas, incluindo fibras virgens de madeira de lei ou de madeira conífera, sulfato branqueado e não branqueado (kraft), sulfito branqueado e não branqueado, soda branqueada e não branqueada, substância semiquímica de sulfito neutro, madeira moída por química e qualquer combinação destas fibras, preparada por meio de uma variedade de processos que são utilizados na indústria de fabricação de papel.

[0041] Sem se pretender ficar limitado pela teoria, acredita-se que a mistura de amido catiônico e polivinilamina cria uma interação física ou complexo entre as duas moléculas. A conformação de macromoléculas em soluções aquosas é conhecida por afetar a reatividade com substratos sólidos e desempenho relativo em relação aos fins pretendidos. O processo de mistura, embora em solução relativamente concentrada, cria um novo coloide que tem propriedades únicas de desempenho. Acredita-se que esta interação física seja mantida quando a nova composição é misturada com o fornecimento da produção de papel. A adição da composição de mistura resulta em força seca sinérgica e em efeitos sinérgicos de drenagem em relação à adição separada dos dois componentes para o mesmo fornecimento.

[0042] Outro aspecto da presente invenção é a utilização das composições de amido catiônico e polivinilamina em uma variedade de fabricação de papel e tratamento de água além de aplicação para resistência a seco e drenagem. As aplicações em que as composições misturadas da presente invenção podem ser utilizadas dependem do tipo de polivinilamina usada, do nível de amido líquido na composição, bem como o teor de nitrogênio do amido catiônico. Por exemplo, composições feitas com homopolímeros de polivinilformamida parcialmente hidrolisada, Hercobond® 6350 e Hercobond® 6330, com elevado nível de amido (> 40% em peso de amido ativo) podem ser materiais eficazes na fabricação de papel como agentes de controle de resina e materiais pegajosos.

[0043] A composição da presente invenção pode ser utilizada em combinação com outros aditivos na fabricação de papel para melhorar a propriedade de resistência a seco do papel e a produtividade da máquina. Os aditivos que podem ser utilizados em combinação com a composição misturada da presente invenção podem ser um polímero catiônico, ou um aniônico, ou um anfotérico, ou um sintético não iônico ou um polímero natural. Por exemplo, os polímeros da presente invenção podem ser utilizados em conjunto com um produto de poliacrilamida catiônico ou anfotérico para melhorar as propriedades de resistência dos produtos de papel. A composição da presente invenção também pode ser usada em combinação com um polímero aniônico, tal como um ácido poliacrílico, um copolímero de acrilamida e ácido acrílico, ou um CMC, um polímero catiônico tal como uma poliamidoamina reticulada, um cloreto de polidialildimeti amônio ou uma poliamina; para formar um complexo de polieletrólito para melhorar as propriedades de resistência dos produtos de papel. A composição da presente invenção também pode ser utilizada em combinação com compostos funcionais de aldeído polimérico, como poliacrilamidas glioxalatadas, aldeído celuloses e polissacáridos funcionais de aldeído.

[0044] O composto inorgânico, tal como argila, talco, dióxido de titânio, carbonato de cálcio, pigmentos, corantes, material de dimensionamento interno, rosina e alúmen e outros, e sulfato de cálcio podem ser adicionados em conjunto com a composição da presente invenção no processo de fabricação de papel para melhorar o processo de fabricação de papel e a qualidade dos produtos de papel. Composições individuais ou qualquer combinação de diferentes composições podem ser aplicadas em conjunto com as composições da presente invenção, ou podem ser aplicadas sequencialmente antes ou após a aplicação dos polímeros da presente invenção.

[0045] A composição misturada também pode ser usada em combinação com uma ou mais enzimas para melhorar a resistência do papel e a produtividade da máquina. Tais enzimas incluem hidrolases, como celulases, hemicelulases, proteases, beta-glucosidases, lipases, esterases e pectinases; liases, como pectato liase; e oxidorredutases, como lacase, glicose oxidase, e peroxidases.

Exemplos

[0046] A viscosidade de Brookfield (BV) foi medida usando um Viscosímetro DV-E ou DV-li (Brookfield Viscosity Lab, Middleboro, MA). Um eixo selecionado (número 3) foi ligado ao instrumento, o qual foi regulado para uma velocidade de 30 RP. A solução da reação é preparada a um teor de sólidos específico. O eixo de viscosidade de Brookfield foi cuidadosamente inserido na solução de modo a não reter as bolhas de ar e, em seguida, girado à velocidade acima mencionada durante 3 minutos a 24°C. As unidades estão em centipoises (cps).

[0047] Polímero ativo, ou conteúdo ativo, ou sólidos ativos, ou ativo na composição da presente invenção representa o peso total como um percentual em uma solução de todos os ativos utilizados para a fabricação de uma tal composição em base seca. Por exemplo, N- vinilformamida é o precursor de monômero para polivinilamina e tem um peso molecular de 71,1. Assim, uma solução de polivinilamina Hercobond® 6363 de 100 g contendo um polímero feito a partir de 11,7 g de N-vinilformamida tem 11,7% de polímero ativo. O teor de amido ativo em produtos de amido líquido é o mesmo que o teor de sólidos dos líquidos amidos em percentagem de peso. Uma composição de Hercobond® 6363 e RediBond® 5330 (72:28) representa um produto misturado que contém 72% em peso de polímero ativo Hercobond® 6363 e 28% em peso de ativo do amido catiônico líquido. Como um exemplo, para 100 g desta composição misturada com uma razão de 72% em peso: 28% em peso, se o ativo total, ou o produto ativo, ou o teor ativo, ou os sólidos ativos, é de 10%, em seguida a composição misturada contém o polímero polivinilamina feito a partir de 7,2 g de vinilformamida e 2,8 g do ativo amido catiônico.

Exemplo 1

[0048] Este exemplo ilustra o uso de amido catiônico líquido e uma polivinilamina no preparo das misturas de composição de polivinilamina- amido catiônico utilizadas na presente invenção.

[0049] Prequel® 500 (130,7 g, 30%, Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) foi adicionado a polivinilamina (Hercobond® 6363; 861,5 g; 11,7% de polímero ativo; Hercules Incorporated; Wilmington; DE; EUA) em 10 minutos a 24°C com agitação e em seguida o pH da mistura foi ajustado para 7,0 usando 36% de HCl. A formulação resultante foi agitada durante 10 minutos até que a formulação se tornou homogênea. A mistura resultante continha 13,8% de sólidos ativos. A viscosidade da solução foi de 1,74 Pa.s (1740 cps). A formulação misturada era de aparência um pouco turva, mas homogênea, sem separação.

[0050] Exemplos 1-1 até 1-9 na tabela I foram as formulações misturadas preparadas como descrito no Exemplo 1 usando diferentes amidos líquidos catiônicos e / ou em diferentes razões de polivinilamina / amido ativo. Os amidos catiônicos líquidos aquosos são National 543690 (National Starch, Bridgewater, NJ) com um teor de nitrogênio de 1,0%, Stalok® 280 (Tate & Lyle PLC, Londres, Reino Unido), RediBond® 5330 (National Starch, Bridgewater, NJ) com teor de nitrogênio a 0,33%, Vector® SC20157 (Roquette, Lestrem Cedex, França), produto de amido catiônico Dynasol® 308 (International Additive Concepts Inc., Charlotte, NC, EUA), com teor de nitrogênio de 0,3%. Tabela I. Polivinilamina - Misturas de Amido.

Exemplo 2

[0051] Este exemplo ilustra os resultados da estabilidade de viscosidade da composição misturada de Hercobond® 6363 e Redibond® 5330 a 40°C durante um mês.

[0052] Como mostrado na Tabela II, as formulações misturadas de polivinilamina-amidos catiônicos líquidos são estáveis a 40°C durante um mês, sem qualquer aumento significativo da viscosidade ao longo de 30 dias. As composições são homogéneas, sem separação de fases, no final do estudo. As composições misturadas também são congeladas-descongeladas de modo estável sem separação de fases ao fim de três mudanças de ciclo na temperatura da temperatura ambiente até 30°C negativos.

Exemplo 3

[0053] Este exemplo descreve diversas avaliações das composições misturadas como aditivos de resistência a seco em aplicações de fabricação de papel. No presente exemplo, as resistências a seco de papeis feitos com as misturas dos exemplos anteriores são comparadas com a resistência a seco do papel feito com os produtos de polivinilamina de resistência a seco de referência comercial, Hercobond® 6363 e Hercobond® 6350.

[0054] Papel cartão canelado foi feito usando uma máquina de fabricação de papel. A polpa de papel era um meio 100% reciclado com 50 ppm de dureza, 25 ppm de alcalinidade, 2,5% de amido GPC® D15F (Tate & Lyle PLC, Londres, UK) e 2000 uS / cm de condutividade. O pH do sistema era 7,0 e o grau de refino da polpa era de cerca de 380 CSF, com a temperatura de estoque a 52°C. O peso de base foi de 45, 35 kg (100 libras) por 278 m2 (3000 ft2). Misturas de polivinilamina-amido preparadas nos exemplos acima foram adicionadas como agentes de resistência a seco à extremidade úmida da máquina de fabricação de papel ao nível de 0,3% em peso de polímero ativo contra pasta de papel seca. Salvo indicação em contrário, amido anfotérico Stalok® 300 (Tate & Lyle PLC, Londres, UK) e floculante PerForm® PC8713 floccuiant (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) foram adicionados ao estouro seco de Mullen da extremidade úmida, tração a seco, compressão de curto período STFI e testes de tração a úmido foram utilizados para medir os efeitos da resistência a seco.

[0055] A Tabela III mostra a faixa de Hercobond® 6363/diversas composições misturadas de amido catiônico líquido em comparação a Hercobond® 6363 como um padrão. No teste de estouro de Mullen, o número mais alto indica uma melhor performance. Tabela III. Performances da Resistência a Seco Força de composições misturadas versus Hercobond® 6363

[0056] Para a Tabela III, os dados foram avaliados usando 0,3% em peso da formulação misturada versus polpa de papel seco. Estes dados ilustram que a performance geral de polivinilamina, Hercobond® 6363 pode ser melhorada através da mistura do polímero com o amido em proporções e condições determinadas. Os resultados sugerem efeito sinérgico das misturas para usos da resistência a seco do papel. A adição de amidos catiônicos de baixo custo reduz o custo total da composição misturada e proporciona aproximadamente o mesmo (menos do que uma diferença de 6%) a maior eficácia de resistência a seco, quando comparado a Hercobond® 6363 em uma base ativa de igualdade.

[0057] A tração a úmido do cartão canelado reciclado feito com a formulação misturada foi reduzida em 10-20% em comparação a Hercobond® 6363 em uma base ativa de igualdade. A vantagem disso é que o cartão canelado reciclado com menor tração a úmido tem melhor capacidade de repolpação.

[0058] A Tabela IV mostra performances de resistência a seco da composição misturada de Hercobond® 6363/Prequel® 500 (75/25) em comparação a Hercobond® 6363 como um padrão em duas dosagens diferentes. Desta vez, amido anfotérico OptiPlus® 1030 (National Starch, Bridgewater, NJ) foi adicionado ao invés de amido catiônico Stalok® 300 (Tate & Lyle PLC, Londres, Reino Unido), ainda usado a 0,5% de polpa seca. No teste de estouro de Mullen, o número mais alto indica uma melhor performance. Tabela IV. Performances de Resistência a Seco de Composições Misturadas versus Hercobond®6363

[0059] Estes dados mais uma vez demonstraram melhor performance da formulação misturada sobre polivinilamina, Hercobond® 6363 em duas dosagens diferentes, com tração a úmido reduzida em uma base ativa de igualdade.

[0060] A Tabela V mostra performances de resistência a seco de duas composições Hercobond® 6363/Redibond 5330 em comparação a Hercobond® 6363 como um padrão na fabricação de cartão canelado reciclado com a polpa na ausência de amido anfotérico Stalok® 300 (Tate & Lyle PLC, Londres, UK) e floculante PerForm® PC 8713 (Ashland Inc.). Os dados foram avaliados utilizando 0,3% em peso de polímero ativo versus polpa de papel seco. No teste de estouro Mullen, o número mais alto indica uma melhor performance. Tabela V. Performances de Resistência a Seco de Composições Misturadas versus Hercobond® 6363 com Polpa Apenas

[0061] Estes dados mostram performances de resistência a seco melhores ou equivalentes das composições misturadas a uma razão de 72/28 polivinilamina-amido catiônico no estouro de Mullen e STFI em comparação a Hercobond® 6363. A um nível ligeiramente mais elevado do amido catiônico líquido, tanto Mullen quanto STFI reduziram em menos de 6% sob as mesmas condições de fabricação de papel. A tração a úmido também foi reduzida com elevado nível do amido catiônico líquido.

Exemplo 4

[0062] Este exemplo descreve os resultados da avaliação das composições misturadas, como auxiliares de drenagem e retenção em aplicações de fabricação de papel. Propriedades de eficiência de drenagem e retenção / fixação das composições misturadas nos exemplos acima foram comparadas com Hercobond® 6363 e um valor em branco usando o Método de Teste Canadian Standard Freeness (CSF) e o teste de drenagem a vácuo (VDT).

[0063] Para o teste de drenagem a vácuo (VDT), a configuração do dispositivo é semelhante ao teste de funil de Buchner, tal como descrito em diversos livros de referência de filtração, por exemplo, veja Perry’s Chemical Engineers' Handbook, 7a edição, (McGraw-Hill, Nova Iorque, 1999) pp 18-78. O VDT consiste em um funil de filtro Gelman magnético de 300 ml, um cilindro graduado de 250 ml, um engate rápido, um separador de água e uma bomba de vácuo com um regulador e medidor de vácuo. O teste VDT foi conduzido primeiro por ajuste do vácuo a 254 mm de Hg (10 polegadas de Hg), e colocando o funil adequadamente no cilindro. Em seguida, 250 g de 0,5% em peso de estoque de papel foram carregados em um recipiente e, em seguida, os aditivos necessários de acordo com o programa de tratamento (por exemplo, amido, polímero contendo vinilamina, floculantes) foram adicionados ao estoque sob a agitação proporcionada por uma misturadora aérea. O estoque foi então vertido no funil de filtro e a bomba de vácuo foi ligada ao mesmo tempo, a partir de um cronômetro. A eficácia da drenagem é relatada como o tempo necessário para obter 230 mL do filtrado. Os resultados dos dois testes de drenagem foram normalizados e expressos como um percentual da performance de drenagem observada versus um sistema que não incluiu as composições misturadas.

[0064] Na Tabela VI, Hercobond® 6363/Prequel® 500 (75/25) foi avaliado quanto às performances de drenagem pelo teste CSF em comparação a Hercobond® 6363. O teste foi realizado em duas dosagens diferentes com base na polpa seca. O refino CSF de percentual mais elevado em relação à amostra de Hercobond® 6363 indica uma melhor performance. Tabela VI. Avaliação da Drenagem da Mistura de Polivinilamina/Amido (75/25) versus Controle

[0065] Esta avaliação mostra que a composição misturada de Hercobond® 6363/Prequel® 500 (75/25), a uma dosagem de resina ativa de 0,30%, proporcionou cerca de 10% de melhora adicional no desempenho de drenagem da polpa sobre a melhora de Hercobond® 6363 versus a polpa sem aditivos. A uma dosagem de ativo de 0,15%, a composição misturada é menos eficaz, porém semelhante a Hercobond® 6363 na performance de drenagem.

[0066] A Tabela VII mostra os dados de drenagem a vácuo VDT de uma série de composições de Hercobond® 6363/amido catiônico líquido avaliadas versus Hercobond® 6363 como um padrão, utilizando-se o teste como descrito acima. Quanto menor a VDT de tempo de drenagem, melhor a performance de drenagem. A dose ativa é de 0,30% para todos os exemplos. Tabela VII. Comparação de Composições Misturadas de Polivinilamina / Amido com Controle em Performance de Drenagem de Fibra Reciclada

[0067] Os dados da VDT indicados refletem o efeito sinérgico dos produtos de amido catiônico líquido com polivinilamina na melhora da drenagem de polpas recicladas. Todas as composições misturadas drenaram mais rapidamente do que Hercobond® 6363, exceto aquela com 50% do amido ativo na mistura.

Exemplo 5

[0068] As turvações dos filtrados foram medidas para estimar propriedades fixadoras das composições misturadas. A dose combinada total de ativos para cada exemplo foi de 0,3%. As avaliações foram realizadas utilizando-se os filtrados obtidos a partir do teste de VDT. Os dados de turvação (valor FAU) estão resumidos na Tabela VIII e as propriedades fixadoras das composições são expressas como turvação percentual do valor em branco sem tratamento químico. Quanto menor o percentual, mais eficaz é a composição como um agente fixador. Tabela VIII. Composições de Polivinilamina / Amido Catiônico Líquido na Redução da Turvação da Polpa Reciclada

[0069] Esta avaliação demonstrou que as composições podem ser utilizadas como aditivos de controle de contaminantes na fabricação de papel para o controle de resina e materiais pegajosos.

Claims

1. Composição aquosa estável, caracterizada pelo fato de que compreende polivinilamina e amido catiônico líquido em uma razão de 90 para 55 partes de polivinilamina em base ativa para 10 a 45 partes de amido catiônico líquido em base ativa, sendo que as partes combinadas em ativo de amido catiônico líquido e polivinilamina compreendem pelo menos 40% em peso dos sólidos totais da composição, sendo que as partes de polivinilamina com base em ativos são representadas pela quantidade em peso de N-vinilformamida usada para produzir a polivinilamina e as partes de amido catiônico líquido com base em ativos são representadas pela quantidade em peso de amido catiônico em uma base seca.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita polivinilamina compreende um polímero de vinilamina selecionado a partir do grupo que consiste em homopolímero de vinilamina, totalmente ou parcialmente hidrolisados de polivinilformamida, copolímeros de vinilamina, terpolímeros de vinilamina e polímeros contendo vinilamina quimicamente modificados após polimerização.

3. Composição, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a polivinilamina compreende polivinilformamida totalmente ou parcialmente hidrolisada.

4. Composição, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a polivinilamina compreende um homopolímero de vinilamina.

5. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o amido líquido é um amido líquido catiônico derivado de milho ceroso.

6. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o amido líquido é um amido líquido catiônico preparado a partir de amido de milho ceroso que foi cationicamente modificado, utilizando cloreto de 3-cloro-2- hidroxipropiltrimetilamônio.

7. Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o amido catiônico líquido possui um teor de nitrogênio na faixa de 0,01 a 2,5%.

8. Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o teor de sólidos do amido líquido está na faixa de 15 a 35%.

9. Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o teor de sólidos do amido líquido está na faixa de 20 a 30%.

10. Composição, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a viscosidade do amido líquido está na faixa de 2 A 20 Pa.s (2.000 a 20.000 cps).

11. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a polivinilamina compreende um polímero de vinilamina selecionado a partir do grupo que consiste em homopolímero de vinilamina, polivinilformamida totalmente ou parcialmente hidrolisada, e o amido líquido é um amido líquido catiônico derivado de milho ceroso.

12. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o polivinilamina compreende de 60-80 partes da mistura com base em ativos e o amido catiônico líquido compreende de 20-40 partes da mistura com base em ativos.

13. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a polivinilamina compreende 65-80 partes da mistura com em princípios ativos e o amido catiônico líquido compreende de 20-35 partes da mistura com base em ativos.

14. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a polivinilamina compreende de 70-80 partes da mistura com base em ativos e o amido catiônico líquido compreende de 20-30 partes da mistura com base em ativos.

15. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partes combinadas com base em ativos de amido catiônico líquido e polivinilamina compreendem pelo menos 50% em peso dos sólidos totais da composição.

16. Processo de fabricação de produtos de papel ou papelão, caracterizado pelo fato de que a composição como definida na reivindicação 1 é adicionada a uma pasta de polpa em uma quantidade que varia de 0,02 a 0,5% em peso de ativos com base no peso do papel ou papelão seco acabado.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a quantidade varia de 0,15 a 0,5%.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a composição é adicionada à pasta de fabricação de papel em que a pasta de fabricação de papel compreende ainda outros aditivos para a fabricação de papel selecionados a partir do grupo que consiste em poliacrilamidas catiônicas, aniônicas ou anfotéricas, ácido poliacrílico, copolímeros de acrilamida e ácido acrílico, carboximetil celulose; poliamidoamina reticulada, cloreto de polialildimetilamônio, poliamina; compostos funcionais de aldeído poliméricos, poliacrilamidas glioxalatadas, aldeído celuloses e polissacarídeos funcionais de aldeído, polissacarídeos, alúmen, argila, talco, dióxido de titânio, carbonato de cálcio, pigmentos, corantes, rosina, agentes de dimensionamento e enzimas.

19. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os outros aditivos de fabricação de papel são selecionados a partir do grupo que consiste em poliacrilamidas aniônicas, poliacrilamidas catiônicas e suas misturas.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os outros aditivos de fabricação de papel compreendem poliacrilamidas glioxalatadas.