BR112014020640B1 - processo de fabricação de papel, papelão ou papel-cartão - Google Patents

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Abstract

PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PAPEL, PAPELÃO OU PAPEL CARTÃO. A presente invenção refere-se a um processo de fabricação de papel, papelão ou papel-cartão, em que, uma carga fina celulósica é fornecida e submetida a um ou mais estágios de cisalhamento e, então, drenada em uma peneira móvel para formar uma folha que é secada, em que o processo emprega um sistema de tratamento que é aplicado à carga fina, o referido sistema de tratamento compreendendo, como componentes, a) um polímero orgânico catiônico de densidade de carga de, pelo menos, 3,0 meq/g, com uma massa molar Mw de cerca de 3 milhões de Daltons ou cloreto de polialumínio (PAC), b) um polímero catiônico tendo uma massa molar média Mw de, pelo menos, 500.000 Dalton e uma densidade de carga não excedendo 4,0 meq/g; c) um material microparticulado; em que os componentes (b) e (c) são adicionados à carga fina celulósica após o último estágio de cisalhamento antes da caixa de entrada e componente (a) é adicionado à carga fina celulósica antes do último referido estágio de cisalhamento.

Description

Descrição
[0001] A presente invenção refere-se a um método para a fabricação de papel e papel-cartão a partir de uma suspensão celulósica, empregando um novo sistema de retenção.
[0002] E bem conhecida a fabricação de papel por um processo compreendendo floculação de uma carga fina celulósica pela adição de auxiliar de retenção polimérico e, então, drenagem da suspensão floculada através de uma peneira móvel (frequentemente referida como um fio máquina) e, então, formação de uma folha úmida, que é, então, secada.
[0003] A fim de aumentar a produção de papel, muitas máquinas modernas de fabricação de papel operam em velocidades mais altas. Como consequência das velocidades aumentadas da máquina, uma grande ênfase foi colocada nos sistemas de drenagem e retenção que proporcionam aumento da drenagem. No entanto, sabe-se que aumentando o peso molecular de um auxiliar de retenção polimérico que é adicionado imediatamente antes da drenagem, será notada uma tendência para aumentar a taxa de drenagem, mas danificando a formação. E difícil obter o equilíbrio ótimo de retenção, drenagem, secagem e formação adicionando um único auxiliar de retenção polimérico sendo, assim, prática comum adicionar dois materiais separados em sequência.
[0004] EP-A-235893 apresenta um processo em que um polímero catiônico solúvel em água, substancialmente linear, é aplicado à carga de fabricação de papel antes de um estágio de cisalhamento e, então, refloculando introduzindo bentonita após este estágio de cisalhamento. Este processo proporciona drenagem melhorada e também boas formação e retenção. Este processo, que é comercializado pela BASF sob HydrocoU (marca registrada) tem sido bem sucedido por mais de duas décadas.
[0005] Este sistema Hydrocol* (marca registrada) de fabricação de papel é um sistema de micropartículas muito eficiente para uma ampla faixa de tipos de papel, incluindo a produção de papel fino, papelão de revestimento e papelão para caixa dobrável. Os benefícios deste sistema incluem altos níveis de retenção, boa drenagem, boa formação, uma boa limpeza da máquina, boa operabilidade e um sistema eficiente de custos.
[0006] Subsequentemente, várias tentativas foram feitas para prover variações sobre este tema fazendo modificações menores em um ou mais dos componentes.
[0007] EP-A-335575 descreve tal processo no qual um polímero principal selecionado a partir de amido catiônico e um polímero catiônico solúvel em água de peso molecular elevado é adicionado a uma suspensão celulósica, após o que a suspensão é passada através de um ou mais estágios de cisalhamento, seguido pela adição de material inorgânico selecionado entre bentonita e sílica coloidal. Neste sistema, um polímero catiônico de baixo peso molecular é adicionado à suspensão antes da adição do polímero principal. Indica-se que o polímero de baixo peso molecular tem geralmente um peso molecular abaixo de 500.000 e geralmente acima de 50.000, com frequência, acima de 100.000. Polímeros catiônicos de baixo peso molecular sugeridos incluem polietilenoimina, poliaminas, polímeros de dicianodiamidas-formaldcído, polímeros e copolímeros de cloreto de dialildimetil amónio, (met) acrilatos de dialquil amino alquila e dialquil amino alquil (met) acrilamidas (tanto geralmente como sais de adição de ácido ou de amónio quaternário). O processo foi dito como melhorando os processos em que está presente uma grande quantidade de piche ou processos com uma alta demanda catiônica.
[0008] Outro desenvolvimento deste tipo de processo foi posteriormente descrito em EP-A-910701, em que dois diferentes polímeros catiônicos solúveis em água ou adicionados em sucessão para pastas seguido por sujeição das pastas a, pelo menos, um estágio de cisalhamento seguido pela adição de bentonita, sílica coloidal ou argila. Especificamente polietilenoiminas com uma massa molar de mais de 500.000 ou polímeros contendo grupos vinil amina com uma massa molar de entre 5000 e 3 milhões são adicionadas à pasta e, então, poliacrilamidas catiônicas de elevado peso molecular.
[0009] EP-A-752496 descreve um processo de fabricação de papel em que um polímero catiônico de baixo peso molecular tendo um peso molecular abaixo de 700.000 e um polímero de elevado peso molecular catiônico e/ou anfotérico são adicionados simultaneamente à carga fina com partículas inorgânicas aniônicas como sílica ou bentonita sendo dosadas na suspensão de carga fina. O polímero catiônico de baixo peso molecular inclui polietilenoimina e polivinil amina. Os polímeros são geralmente adicionados separadamente, mas é indicado que os dois polímeros catiônicos possam ser adicionados como uma mistura. Também é indicado que os polímeros podem ser adicionados antes de um estágio de cisalhamento, embora os pontos de adição exatos não sejam indicados. Afirma-se que este processo resulta em drenagem e/ou retenção melhoradas em comparação com os processos nos quais o polímero catiônico ou anfotérico de elevado peso molecular é usado sozinho em conjunto com partículas inorgânicas aniônicas.
[00010] US 6103065 descreve um processo de fabricação de papel envolvendo a adição de uma carga para papel, após o último ponto de elevado cisalhamento, pelo menos, um polímero catiônico de elevada densidade de carga de peso molecular entre 100.000 e 2 milhões, com uma densidade de carga em excesso de 4 meq/g e, quer concomitantemente ou subsequentemente, a adição de, pelo menos, um polímero tendo um peso molecular maior do que 2 milhões, com uma densidade de carga abaixo de 4 meq/g. Subsequente aos dois polímeros, uma argila de bentonita intumescível é adicionada à carga. Os polímeros de densidade de carga elevada podem ser homopolímeros ou copolímeros de polietilenoimina ou polímeros produzidos a partir de vinil aminas. Este documento indica que o processo melhora programas de bentonita convencionais, empregando menos polímero e melhorando a seção de remoção de água por pressão que aumenta os sólidos entrando no secador, reduzindo assim os requisitos de secagem. No entanto, este processo pode, por vezes, sofrer a desvantagem de, quando fabricando papel fino, uma tendência ao amarelecimento.
[00011] US 7306701 procura prover um processo de fabricação de papel ainda aperfeiçoado e, em particular, um em que a tendência ao amarelecimento acima mencionada é evitada. O processo descrito emprega um processo para a fabricação de papel, papelão ou papel-cartão, envolvendo o cisalhamento da carga para papel e, então, adição de um sistema de micropartículas compreendendo um polímero catiônico e um componente inorgânico finamente dividido, tal como bentonita, à carga para papel. Tanto o polímero catiônico como um componente inorgânico finamente dividido são adicionados depois do último estágio de cisalhamento, antes da caixa de entrada. O processo requer ainda que o sistema de micropartículas esteja livre de um ou mais polímeros tendo uma densidade de carga de mais de 4 meq/g.
[00012] Na produção de papel, papelão ou papel-cartão, apesar de todos os avanços acima mencionados, a velocidade da máquina pode tomar-se limitada pela quantidade de água retida na tela de fibras após a seção de prensa quando a máquina está usando energia máxima de secagem. A retenção de fibra e partículas de carga é também limitada pelo uso de sistemas de auxiliar de retenção e drenagem (RDA) padronizados devido a possíveis problemas de qualidade do papel. O desempenho de retenção e de remoção de água pode ser melhorado usando maiores adições de produtos químicos de RDA padrões, como poliacrilamida e bentonita. No entanto, maiores edições destes produtos químicos podem ter um impacto negativo sobre as propriedades físicas da folha de papel, tais como formação, resistência e propriedades ópticas.
[00013] Seria desejável prover um processo em que a desvantagem acima mencionada de velocidade limitada da máquina é superada sem impacto sobre as propriedades físicas da folha de papel.
[00014] Assim, de acordo com a presente invenção, provê-se um processo de fabricação de papel, papelão ou papel-cartão, em que uma carga fina celulósica é fornecida e submetida a um ou mais estágios de cisalhamento e, então, drenada em uma peneira móvel para formar uma folha que é secada, em que o processo emprega um sistema de tratamento que é aplicado à carga fina, referido sistema de tratamento compreendendo, como componentes, a) um polímero orgânico catiônico de densidade de carga de, pelo menos, 3,0 meq/g, com uma massa molar Mw de cerca de 3 milhões Daltons ou cloreto de polialumínio (PAC), b) um polímero catiônico tendo uma massa molar média Mw de, pelo menos, 500.000 Daltons e uma densidade de carga não excedendo 4,0 meq/g; c) um material microparticulado; em que os componentes (b) e (c) são adicionados à carga fina celulósica após o último estágio de cisalhamento antes da caixa de entrada e componente (a) é adicionada à carga fina celulósica, antes do último estágio de cisalhamento.
[00015] Verificou-se que a presente invenção proporciona retenção e desempenho de drenagem melhorados, sem impacto negativo sobre as propriedades do papel final.
[00016] Sem se limitar à teoria, acredita-se que o cloreto de polialumínio ou componente de polímero orgânico catiônico (a) ocasionam uma agregação inicial dos sólidos celulósicos e outros componentes de pasta na carga fina, principalmente por neutralização da carga. Esta carga fina tratada passa através do último estágio de cisalhamento, antes da caixa de entrada que provoca alguma ruptura de agregados que pode melhorar os efeitos do componente de polímero catiônico (b) e do componente de material microparticulado (c).
[00017] De acordo com a presente invenção, a carga fina, que é com frequência denominada suspensão celulósica de carga fina, pode ser provida formando primeiro uma suspensão de carga celulósica espessa geralmente de, pelo menos, um componente de carga celulósica, seguido por diluição da carga espessa com água de diluição. Desejavelmente, a carga fina pode ter uma concentração compreendida entre 0,01% a tão elevada como 2%, 2,5% ou, em alguns casos, até mesmo 3%, com base no peso seco dos sólidos no peso total da carga fina. Com frequência, a concentração pode ser de, pelo menos, 0,05%, ou mesmo pelo menos 0,1%. Frequentemente, a concentração da carga fina pode ser de, pelo menos, 0,2% ou, pelo menos, 0,5% e, em alguns casos, pode ser, pelo menos, 1%.
[00018] A carga fina pode conter outros componentes tais coma cargas de pastas, agentes branqueadores, agentes abrilhantadores ópticos, corantes, etc.
[00019] A suspensão de carga fina celulósica pode conter fibra mecânica. Por fibra mecânica, significa-se que a suspensão celulósica compreende pasta mecânica, indicando qualquer pasta de madeira fabricada totalmente ou em parte, por um processo mecânico, incluindo madeira moída por pedra (SGW), madeira triturado pressurizada (PGW), pasta termomecânica (TMP), pasta quimiotermomecânica (CTMP) ou celulose quimiotermomecânica branqueada (BCTMP). Os tipo de papel mecânico contém diferentes quantidades de pasta mecânica, que é geralmente incluída a fim de proporcionar as propriedades desejadas ópticas e mecânicas. Em alguns casos, a pasta usada na fabricação de papel carregado pode ser formada inteiramente de uma ou de mais das pastas mecânicas acima referidas. Além das pastas mecânicas outras pastas são com frequência incluídas na suspensão celulósica. Tipicamente as outras pastas podem formar, pelo menos, 10% em peso do teor total de fibras. Estas outras pastas, as incluídas na receita de papel, incluem pasta submetida à remoção de tinta e pasta de sulfato (com frequência referida como a pasta kraft).
[00020] A suspensão de carga fina, também pode conter uma carga. As cargas podem ser quaisquer materiais de carga tradicionalmente usados. Por exemplo, a carga pode ser argila como caulim, ou a carga pode ser carbonato de cálcio que poderia ser carbonato de cálcio triturado ou em particular carbonato de cálcio precipitado, ou pode ser preferido usar dióxido de titânio como material de carga. Exemplos de outros materiais de carga também incluem cargas poliméricas sintéticas.
[00021] Geralmente uma carga celulósica compreendendo quantidades substanciais de carga é mais difícil de flocular. Isto é particularmente verdadeiro para cargas de tamanho de partícula muito fino, tal como carbonato de cálcio precipitado. Assim, de acordo com um aspecto preferido da presente invenção, provê-se um processo para fabricar papel carregado. A carga para a fabricação de papel pode compreender qualquer quantidade apropriada de carga. Geralmente a suspensão celulósica compreende pelo menos 5% por peso de material de carga. Tipicamente, a suspensão celulósica compreende até 40% de carga, preferivelmente entre 10% e 40% de carga. Desejavelmente, a folha final de papel ou papel-cartão compreende até 40% em peso de carga. Em uma forma alternativa da invenção, provê-se um processo para preparar papel ou papel-cartão a partir de uma suspensão de carga celulósica que é substancialmente isenta de carga.
[00022] Em um processo de fabricação de papel ou papel-cartão podem ocorrer várias estágios de cisalhamento, selecionados dentre mistura, bombeamento por pás e peneiração. Os estágios de cisalhamento comum incluem uma ou mais bombas de pás ou uma ou mais peneiras de pressão. Tipicamente, o estágio de cisalhamento final é com frequência uma peneira de pressão. Após essa etapa de cisalhamento final, a carga fina pode ser tipicamente alimentada em uma caixa de entrada ou caixa de fluxo constante, que fornece a carga fina sobre a peneira em movimento, frequentemente denominada fio máquina.
[00023] O componente de polímero orgânico catiônico (a) tendo uma densidade de carga de, pelo menos, 3 mEq por grama podem ser qualquer um dentre vários tipos de polímeros catiônicos. Ele pode, por exemplo, ser selecionado dentre o grupo consistindo de polietilenoiminas, poliaminas, polivinilaminas, polivinil carboxamidas parcialmente hidrolisadas, polímeros de cloreto de dialil dimetil amónio, poliacrilamídas catiômcas e poliacrilatos catiônicos.
[00024] A massa molar do componente de polímero orgânico catiônico (a) pode ser tão elevada quanto 3.000.000 Da, mas geralmente é superior a 2.000.000 Da ou 2.500.000 Da. Apropriadamente, a massa molar pode ser, pelo menos, 50.000 Da e apropriadamente pode ser, pelo menos, 100.000 Da. Frequentemente, a massa molar pode ser, pelo menos, 200.000 Da ou mesmo, pelo menos, 500.000 Da. Pode ser desejável, pelo menos, 750.000 Da e, frequentemente, pelo menos, 800.000 Da. Tipicamente, a massa molar será, pelo menos, 900.000 Da ou mesmo, pelo menos, 1.000.000 Da ou em alguns casos, pelo menos, 1.100.000 Da. A massa molar pode estar, por exemplo, entre 1.000.000 Da e 2.000.000 Da, por exemplo, de 1.100.000 Da a 1.800.000 Da. A densidade dc carga pode ser de, pelo menos, 3,5 mEq por grama ou, em alguns casos, pelo menos 4 mEq por grama. A densidade de carga pode ser, por exemplo, qualquer valor maior do que este, por exemplo, até 8 ou 10 mEq por grama ou maior. Apropriadamente, este polímero catiônico pode ser qualquer um dos polímeros geralmente descritos como polietilenoiminas, poliaminas, polímeros de dicianodiamidas com formaldeído ou mesmo polímeros de adição de vinila catiônicos. Polímeros de adição de vinila catiônicos típicos devem incluir polímeros de monômeros catiônicos etilenicamente insaturados solúveis em água. Os monômeros catiônicos etilenicamente insaturados típicos incluem halogeneto de dimetil amónio (por exemplo cloreto), sais de adição de ácido ou de amónio quaternário de (met) acrilatos de dialquil amino alquila e sais de adição de ácido ou de amónio quaternário de dialquil amino alquil (met) acrilamidas. Estes polímeros podem ser homopolímeros de um ou mais dos monômeros catiônicos ou copolímeros de um ou mais monômeros catiônicos com não iônicos etilenicamente insaturados. Outros polímeros catiônicos incluem polímeros de vinil carboxamidas, tais como N-vinil formamida, seguido por hidrólise parcial ou completa para obter unidades de vinil amina. Os polímeros preferidos são selecionados entre o grupo consistindo de polímeros contendo amino, em particular polietilenoiminas, polietilenoiminas modificadas, polivinilaminas e polivinil carboxamidas parcialmente hidrolisadas.
[00025] Polietilenoiminas ou polietilenoiminas modificadas podem ser como definidas abaixo incluindo os produtos de condensação contendo nitrogênio descritos no relatório alemão acessível ao público DE 24 34 816. Estes são obtidos por reação de compostos de poliamidoamina com derivados de óxido de polialquileno, cujos grupos hidroxila terminais foram reagidos com a epicloridrina. Outras polietilenoiminas apropriadas são descritas em WO 97/25367 Al, WO 94/14873 Al, e WO 94/12560 Al. As polietilenoiminas ou polietilenoiminas modificadas podem ser subsequentemente submetida à ultrafiltração, como descrito em WO 00/67884 Al e WO 97/23567 Al. Polietilenoiminas apropriadas ou polietilenoiminas modificadas incluem polialquileniminas, polialquileno-poliaminas, poliamidoaminas, poliaminas de polialquileno glicol, poliamidoaminas enxertadas com etilenoimina e, subsequentemente, reagidas com pelo menos reticuladores disfuncionais, e misturas e copolímeros das mesmas.
[00026] Outra categoria preferida de polímeros catiônicos de densidade de carga de, pelo menos, 3 mEq por grama, incluem polivinil carboxamidas parcialmente hidrolisadas. Mais preferivelmente estes polímeros catiônicos são os homopolímeros ou copolímeros de N-vinilformamida. Estes podem ser obtidos por polimerização de N-vinilformamida para obter homopolímeros ou por copolimerização de N-vinilformamida junto com pelo menos outro monômero etilenicamente insaturado. As unidades de vinilformamida destes polímeros não são hidrolisadas, em contraste com a preparação de polímeros compreendendo unidades de vinilamina. Os copolímeros podem ser catiônicos, aniônicos ou anfotéricos. Os polímeros catiônicos são obtidos, por exemplo, por copolimerização de N-vinilformamida com pelo menos outro monômero solúvel em água etilenicamente insaturado compatível, por exemplo, acrilamida. Tais polímeros podem ser produzidos, por exemplo, como em solução aquosa, como um pó, como uma emulsão de fase inversa ou dispersão ou como uma dispersão aquosa.
[00027] Os polímeros compreendendo unidades de vinilformamida são conhecidos. Por exemplo, EP A 0 071 050 descreve polímeros básicos lineares compreendendo 90 a 10% em mols de unidades de vinilamina e 10 a 90% em mols de unidades de vinilformamida. Estes polímeros são produzidos por polimerização de N-vinilformamida através do processo de polimerização em solução em água, o processo de polimerização em suspensão inversa, o processo de polimerização em emulsão água-em-óleo ou processo de polimerização em precipitação e, em cada caso, destacamento parcial subsequente de grupos formila a partir de polivinilformamidas para formar unidades de vinilamina.
[00028] Também é apropriado produzir um pó de polímero compreendendo unidades de vinilformamida por polimerização de radical livre de uma solução aquosa de N-vinilformamida e, se apropriado, outros monômeros e secagem do polímero. Tipicamente isto compreende uma solução aquosa de monômeros compreendendo N-vinilformamida e, pelo menos, um iniciador de polimerização a ser distribuído por pulverização como um aerossol ou formado em gotículas no topo de um reator em formato de torre podendo ser aquecido. Então, o aerossol ou as gotículas são polimerizados em uma atmosfera de gás inerte para formar um sólido finamente dividido, seguido pela descarga do polímero finamente dividido a partir do reator. Isto é descrito, por exemplo, no documento EP 1948648.
[00029] Outra forma particularmente desejável de tais poli vinil carboxamidas inclui dispersões aquosas. Tais dispersões aquosas de polímeros solúveis em água de N-vinilcarboxamidas, podem ser caracterizadas por serem substancialmente isentas de sal e compreendendo estabilizadores poliméricos aniônicos tendo uma estrutura molecular de tipo pente. As dispersões aquosas podem conter, pelo menos, um estabilizador polimérico tendo uma estrutura molecular tipo pente, que é obtida por copolimerização de misturas de monômeros compreendendo macromonômeros e que está presente como um ânion sob as condições de polimerização. A estrutura dos estabilizadores pode ser descrita, por exemplo, como uma espinha dorsal de hidrocarboneto com grupos aniônicos e cadeias laterais não polares de polialquileno glicol. No meio aquoso de polimerização, estes estabilizadores atuam, por exemplo, como um estabilizador e/ou como um agente de precipitação para as partículas de polímero em formação. Estes polímeros podem ser obtidos por copolimerização de misturas de monômeros compreendendo macromonômeros, por exemplo, como descrito em EP 1945683.
[00030] As misturas de 50 a 100% em peso de N-vinilformamida e de 0 a 50% em peso de um ou mais dos referidos comonômeros são apropriadas para a preparação de polímeros de N-vinilcarboxamida solúveis em água. As dispersões aquosas podem ser substancialmente isentas de sal. Aqui, "substancialmente isento de sal" significa que qualquer quantidade de sais inorgânicos, que ainda estão presentes nas dispersões, é muito pequena, preferivelmente inferior a cerca de 1% em peso, particularmente preferivelmente inferior a 0,5% em peso, e muito particularmente preferivelmente inferior a 0,3% em peso, no total, com base, em cada caso, em relação ao peso total da dispersão aquosa. As dispersões aquosas de polímeros solúveis em água de N-vinilcarboxamidas têm preferivelmente um elevado teor de polímero e, preferivelmente, compreendem polímeros com cargas molares elevadas e simultaneamente uma baixa viscosidade.
[00031] Os polímeros catiônicos orgânicos de componente (a) são frequentemente fornecidos na forma de soluções aquosas que, como necessário, podem ser ainda diluídas em uma concentração apropriada. Altemativamente, os polímeros podem ser fornecidas sob uma forma diferente, por exemplo, dispersões água em água, pó ou grânulo de tipo sólido, emulsões de fase reversa. Para tais casos, estes polímeros podem ser dissolvidos em água para formar soluções aquosas. Isto pode, por exemplo, ser obtido em um dispositivo de alimentação de solução de polímero apropriado. Tal equipamento é descrito na arte anterior e, por exemplo, comercializado pela BASF sob a marca registrada Jet Wet ™.
[00032] Altemativamente, o componente (a) pode ser cloreto de polialumínio.
[00033] O polímero catiônico do componente (b) pode ser um polímero catiônico apropriado, tendo uma densidade de carga abaixo de 4 meq/g. Apropriadamente, o polímero pode ser selecionado dentre o grupo consistindo de poliacrilamidas catiônicas, polímeros contendo unidades de vinil aminas, poliacrilatos catiônicos e polímeros de cloreto de dialil dimetil amónio.
[00034] Tipicamente o componente de polímero catiônico (b) pode ter uma densidade de carga abaixo de 3,5 mEq por grama e geralmente abaixo de 3,0 meq/g.
[00035] Desejavelmente, os polímeros de componente (b) podem ser preparados usando um monômero etilenicamente insaturado solúvel em água ou mistura de monômeros etilenicamente insaturados solúveis em água, em que pelo menos um dos monômeros é catiônico. Quando os polímeros são formados a partir de mais do que um monômero, os outros monômeros podem ser ou catiônicos ou não iônicos ou uma mistura. No entanto, é preferível que os dois auxiliares de retenção poliméricos sejam formados integralmente a partir de um monômero catiônico ou de uma mistura de monômeros contendo, pelo menos, um monômero catiônico e, pelo menos, um monômero não iônico.
[00036] Os monômeros catiônicos incluem (met) acrilatos de dialquilamina alquila, dialquilamino alquil (met) acrilamidas, incluindo sais de adição de ácido e de amónio quaternário, cloreto de dialil dimetil amónio. Os monômeros catiônicos preferidos incluem os sais de amónio quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetilamino etila e metacrilato de dimetilamino etila. Monômeros não iônicos apropriados incluem monômeros não iônicos insaturados, por exemplo, acrilamida, metacrilamida, acrilato de hidroxietila, N-vinilpirrolidona. Um polímero particularmente preferido inclui o copolímero de acrilamida com os sais de amónio quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetilamino etila.
[00037] Este polímero catiônico preferivelmente contém pelo menos 5% em mols de unidades de monômeros catiônicos e até 60% em mols de unidades de monômeros catiônicos, mais preferivelmente entre 5 e 40% em mols de unidades de monômeros catiônicos, especialmente entre 5 e 20% em mols. Um primeiro auxiliar de retenção polimérico particularmente preferido inclui também poliacrilamidas catiônicas compreendendo acrilamida e, pelo menos, um monômeros catiônico solúvel em água etilenicamente insaturado, preferivelmente sais de amónio quaternário de (met) acrilatos de dialquil amino alquila ou N-substituídas acrilamidas, especialmente os sais de amónio quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetilamino etila.
[00038] Geralmente, estes polímeros de componente (b) tendem a ter uma massa molar elevada, geralmente em excesso de 500.000 Da e frequentemente pelo menos 1.000.000 Da. Apropriadamente, os polímeros exibirão uma viscosidade intrínseca de, pelo menos, 3 dl/g e preferivelmente pelo menos 4 dl/g. Em alguns casos, os polímeros podem apresentar viscosidades intrínsecas de, pelo menos, 5 e, com frequência, pelo menos 6 dl/g. Em muitos casos, eles podem ter, pelo menos, 7 ou mesmo pelo menos 8,5 ou 9 dl/g, e frequentemente pelo menos 10 dl/g e mais preferivelmente pelo menos 12 dl/g e particularmente pelo menos 14 ou 15 dl/g. Não há peso molecular máximo necessário para este polímero catiônico do componente (b) e por isso não há valor superior particular de viscosidade intrínseca. De fato, a viscosidade intrínseca pode mesmo ser tão elevada como 30 dl/g ou maior. Geralmente, o primeiro auxiliar de retenção polimérico com frequência tem uma viscosidade intrínseca de até 25 dl/g, por exemplo até 20 dl/g.
[00039] A viscosidade intrínseca dos polímeros pode ser determinada pela preparação de uma solução aquosa do polímero (0,5-1% peso/peso) com base no teor ativo do polímero. 2 g desta solução de polímero de 0,5-1% são diluídos em 100 ml em um frasco volumétrico com 50 ml de solução de cloreto de sódio 2M, que é tamponada a pH 7,0 (usando 1,56 g de di- hidrogenofosfato de sódio e 32,26 g de hidrogenofosfato dissódico, por litro de água deionizada) e o conjunto é diluído até a marca de 100 ml com água deionizada. A viscosidade intrínseca dos polímeros é medida usando um viscosímetro de nível suspenso Número 1 a 25°C em solução de sal tamponada 1M. Os valores da viscosidade intrínseca aqui apresentados são determinados de acordo com este método, salvo indicado em contrário.
[00040] Desejavelmente, os polímeros de componente (b) podem ser fornecidos na forma de emulsão em fase reversa, preparados por polimerização em emulsão de fase reversa, opcionalmente seguido por desidratação sob pressão e temperatura reduzidas e, com frequência, referida como desidratação azeotrópica para formar uma dispersão de partículas de polímero em óleo. Altemativamente, o polímero pode ser fornecido na forma de contas e preparado por polimerização em suspensão de fase reversa, ou preparado como um pó por polimerização em solução aquosa seguido por cominuição, secagem e depois trituração. Os polímeros podem ser produzidos como contras por polimerização em suspensão ou como uma emulsão água- em-óleo ou dispersão por polimerização em emulsão água-em-óleo, por exemplo, de acordo com um processo definido por EP-A-150933, EP-A- 102760 ou A EP-A-126528.
[00041] Tipicamente, o componente de polímero catiônico (b) pode ser adicionado à carga fina como uma solução aquosa. Apropriadamente, o polímero pode ser fornecido como uma solução aquosa ou sob qualquer outra forma que é dissolvida em água para formar uma solução aquosa. Apropriadamente, as soluções aquosas de polímero podem ser obtidas por dissolução individualmente dos respectivos polímeros em água. Isto pode, por exemplo, ser obtido em uma dispositivo de alimentação de solução de polímero apropriado. Tal equipamento é descrito na arte anterior e, por exemplo, comercializado pela BASF sob a marca registrada Jet Wet™.
[00042] O componente de material microparticulado (c) empregado na presente invenção pode ser qualquer material particulado finamente dividido apropriado. Apropriadamente, ele pode ser selecionado dentre o grupo consistindo de partículas à base de sílica, microgéis de sílica, sílica coloidal, sóis de sílica, géis de sílica, polissilicatos, sílica catiônica, aluminossilicatos, polialuminossilicatos, borossilicatos, poliborossilicatos, zeólitos, bentonita, hectorita, esmectitas, montmorilonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas, sepiolitas, micropartículas poliméricas reticuladas aniônicas de tamanho de partícula abaixo de 750 nm e nanocelulose.
[00043] A sílica pode ser, por exemplo, qualquer sílica coloidal, por exemplo como descrito em WO-A-8600100. O polissilicato pode ser um ácido silícico coloidal como descrito em US-A-4.388.150. Polissilicatos podem ser preparados por acidificação de uma solução aquosa de um silicato de metal alcalino. Os polialuminossilicatos podem ser, por exemplo, ácido polissilícico aluminado, feito formando primeiro micropartículas de ácido polissilícico e então tratando depois com sais de alumínio, por exemplo como descrito em US-A-5176891. Tais polialuminossilicatos consistem de micropartículas de silícico com o alumínio localizado preferivelmente na superfície.
[00044] Altemativamente, os polialuminossilicatos podem ser microgéis polissicílicos poliparticulados de área superficial em excesso de 1000 m2/g formados por reação de um silicato de metal alcalino com ácido e sais de alumínio solúveis em água, por exemplo, como descrito em US-A- 5482693. Tipicamente os polialuminossilicatos podem ter um razão molar de alumina: sílica de entre 1:10 e 1:1500.
[00045] O material silicioso pode ser um borossilicato coloidal, por exemplo, como descrito em WO-A-9916708. d
[00046] As argilas intumescíveis podem ser tipicamente por exemplo uma argila do tipo bentonita. As argilas preferidas são intumescíveis em água e incluem argilas que são naturalmente intumescentes em água ou argilas que podem ser modificadas, por exemplo, por troca iônica para tomar as mesmas intumescíveis em água. As argilas intumescíveis em água apropriadas incluem, mas não são limitadas a argilas frequentemente referidas como hectorita, esmectitas, montmorilonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas e sepiolitas. As argilas intumescíveis aniônicas típicas são descritas em EP-A-235893 e EP-A-335575.
[00047] Mais preferivelmente a argila é uma argila do tipo bentonita. A bentonita pode ser fornecida como uma bentonita de metal alcalino. As bentonitas ocorrem naturalmente quer como bentonitas alcalinas, tal como bentonita de sódio ou como sal de metal alcalino-terroso, geralmente o sal de cálcio ou magnésio. Geralmente as bentonitas de metal alcalino-terroso são ativadas por tratamento com carbonato de sódio ou bicarbonato de sódio. Argila de bentonita intumescível ativada é frequentemente fornecida à fábrica de papel como um pó seco. Altemativamente a bentonita pode ser fornecida como uma pasta fluida escoável de elevado teor de sólidos, por exemplo pelo menos 15 ou 20% de sólidos, por exemplo, como descrito em EP-A-485124, WO-A-9733040 e WO-A-9733041.
[00048] As micropartículas poliméricas reticuladas podem ser feitas como microemulsões por um processo empregando uma solução aquosa compreendendo um monômero catiônico ou aniônico e agente de reticulação; um óleo compreendendo um hidrocarboneto saturado; e uma quantidade eficaz de um tensoativo suficiente para produzir partículas com menos do que cerca de 0,75 microns em diâmetro de tamanho de partícula médio numérico não intumescidas. Microcontas também são feitas como microgéis por meio de procedimentos descritos por Ying Huang et. al., Makromol. Chem. 186, 273-281 (1985) ou podem ser obtidas comercialmente como microrretículos. O termo "micropartícula", tal como aqui usado, significa incluir todas estas configurações, isto é, as microcontas per se, microgéis e microrretículos.
[00049] As micropartículas poliméricas desta invenção são preferivelmente preparadas por polimerização dos monômeros em uma emulsão como descrito em pedido EP-484617. A polimerização em microemulsões e emulsões inversas pode ser usada como é conhecido pelos versados na arte.
[00050] E preferível que o polímero orgânico catiônico de componente (a) tenha uma densidade de carga maior do que o polímero catiônico do componente (b). A este respeito, a densidade de carga do polímero orgânico catiônico de componente (a) preferivelmente tem uma densidade de carga de, pelo menos, 0,5 mEq por grama mais elevada do que a do componente de polímero catiônico (b). Mais preferivelmente, componente polimérico (a) tem uma densidade de carga de, pelo menos, 1,0 mEq por grama, em particular, pelo menos, 1,5 mEq por grama, especialmente, pelo menos 2,0 mEq por grama maior do que a do componente de polímero catiônico (b).
[00051] Desejavelmente, o polímero catiônico do componente (b) pode ter uma massa molar maior do que a do polímero orgânico catiônico de componente (a). Preferivelmente, a massa molar do polímero de componente (b) é, pelo menos, 10% maior do que a massa molar do polímero de componente (a). Mais preferivelmente, a massa molar do polímero de componente (b) é pelo menos 50%, em particular de, pelo menos, 100%, maior do que a massa molar do polímero de componente (a). A massa molar de polímero do componente (b) pode ser de até 5 vezes maior, em alguns casos até 10 vezes maior, e mesmo até 20 vezes maior, ou mais, do que a massa molar do polímero do componente (a).
[00052] Mais preferivelmente, o componente de polímero catiônico orgânico (a) e o componente de polímero catiônico (b) irão diferir tanto com relação à densidade de carga mais elevada para componente (a) e massa molar maior para o componente (b). Ainda mais preferivelmente, as diferenças de densidade de carga e massa molar podem ser como previamente indicado.
[00053] No processo de acordo com a presente invenção o polímero catiônico orgânico ou cloreto de polialumínio de componente (a) pode ser adicionado em qualquer posição na carga fina até o último estágio de cisalhamento antes da caixa de entrada. Por exemplo, ele pode ser dosado imediatamente após diluição do material espesso.
[00054] Em um processo típico da máquina de fabricação de papel, pode estar presente uma ou mais bombas com pás para propelir a carga fina em direção ao estágio de cisalhamento final ocorrendo antes da caixa de entrada. Pode ser desejável adicionar o componente (a) à carga fina em qualquer lugar entre uma bomba de ventoinha, e o último estágio de cisalhamento acima mencionada. Altemativamente, onde bombas de pás múltiplas são empregadas para a corrente de material fino, pode ser desejável introduzir o componente (a) entre qualquer uma das bombas de pás.
[00055] Tipicamente, o estágio de cisalhamento final antes da caixa de entrada pode ser a peneira tipo centrífuga, às vezes conhecida como a peneira de pressão.
[00056] Geralmente a dose de componente (a) pode ser, pelo menos, 0,005% (com base no peso seco de carga fina) e, com frequência, pelo menos, 0,01%. Frequentemente a dose pode ser de, pelo menos, 0,02% e, em alguns casos, pelo menos, 0,05%. A dose pode ser tão elevada como 0,5% ou maior, mas geralmente será de até 0,25% ou 0,3%; em alguns casos pode ser de até 0,2%.
[00057] O componente de polímero catiônico (b) e o componente de material microparticulado (c) são ambos adicionados à carga fina subsequentemente ao estágio de cisalhamento final, mas antes da caixa de entrada. Os dois componentes podem ser adicionados em qualquer ordem ou, altemativamente, substancialmente simultaneamente, por exemplo, por dosagem no mesmo ponto à carga fina. Desejavelmente, o componente de polímero catiônico (b) é adicionado à carga fina antes do material microparticulado.
[00058] Geralmente a dose de polímero catiônico do componente (b) pode ser, pelo menos, 0,005% (com base no peso seco de carga fina) e, com frequência, pelo menos, 0,01%. Frequentemente a dose pode ser de, pelo menos, 0,02% e, em alguns casos, pelo menos, 0,05%. A dose pode ser tão elevada como 0,5% ou maior, mas com frequência será de até 0,25% ou 0,3%; em alguns casos pode ser de até 0,2%.
[00059] O componente de material microparticulado (c) pode ser adicionado à carga fina em qualquer quantidade de, pelo menos, 0,01% em peso de material fino seco. Preferivelmente, a quantidade de componente (c) pode ser, pelo menos, 0,02% e, em alguns casos, pelo menos, 0,05%. A dose pode ser pelo menos de 0,1% ou de, pelo menos, 0,15%, mas em alguns casos pode ser de até 0,2% até 0,25% ou até 0,3%. Pode ser desejável para a dose ser tão elevada como 0,5% ou mesmo até 1,0% ou mais.
[00060] Como um exemplo de um processo de fabricação de papel uma suspensão de carga fina tendo uma consistência de 0,9% com base no peso seco de sólidos sobre o peso total da suspensão cuja suspensão contém 30% de carbonato de cálcio é processada em uma máquina Fourdrinier com um formador de híbrido para produzir um papel fino de qualidade de impressão.
[00061] Uma polietilenoimina de densidade de carga 11 mEq por grama e de massa molar de 800.000 Da é dosada na carga fina em 0,03% em peso seco de material fino imediatamente antes da peneira de pressão (último estágio de cisalhamento, antes da caixa de entrada). A poliacrilamida catiônica de peso molecular elevado comercial de massa molar média de 6.000.000 Da e densidade de carga de 2,0 mEq por grama é administrada imediatamente após a peneira tipo centrífuga, na dose de 0,025% em peso da carga fina. Subsequentemente bentonita (um material microparticulado) é dosado na carga fina a 0,25% em peso da carga fina.
EXEMPLO
[00062] Uma carga para papel foi preparada compreendendo uma pasta sem madeira contendo 70% de papel sem madeira não revestido e 30% de papel revestido, incluindo 15% de carga de carbonato de cálcio triturado, 4,6 kg/t de amido catiônico, e 0,5 kg/t agente de encolamento de dímero alquil ceteno. O cloreto de cálcio foi adicionado à carga para papel dando uma condutividade de 2.000 μS/cm, que é típica para um fornecimento para uma fábrica de papel. A carga para papel tinha uma consistência de 0,99% e um teor de cinzas total de 28%.
[00063] Os seguintes aditivos foram utilizados nos testes. Produto A Uma polietilenoimina com um peso molecular de 2 milhões e uma densidade de carga catiônica de 6,5 meq/g Produto B Um copolímero de acrilamida com acrilato dimetil amino etil quatemizado com cloreto de metila tendo uma viscosidade intrínseca acima de 7 dl/g e uma densidade de carga catiônica de 1,2 meq/g. Bentonita: bentonita de sódio ativada preparada a 5% e, então, diluída a 0,5% para testes de retenção de cinza.
[00064] As doses de aditivos químicos empregados nos testes seguintes, onde empregados, são como a seguir Produto A 0,2% Produto B 0,025% Bentonita 0,2% Teste 1 é o controle em branco em que não forma empregados aditivos químicos; Teste 2 (comparativo) Produto B empregado seguido por agitação de alta velocidade a 1200 rpm durante 30 segundos, representando o último estágio de cisalhamento, seguido de bentonita; Teste 3 (comparativo) Produto B empregado seguido por mistura leve seguido de bentonita, representando a adição de ambos Produto B e bentonita após o último estágio de cisalhamento; Teste 4 (comparativo) Produto A empregado seguido por agitação a alta velocidade a 1200 rpm durante 60 segundos, seguido de Produto B, seguido por agitação a alta velocidade a 1200 rpm durante 30 segundos, representando o último estágio de cisalhamento, seguido por bentonita; Teste 5 (invenção) Produto A empregado, seguido por agitação a alta velocidade a 1200 rpm durante 60 segundos, representando o último estágio de cisalhamento, seguido por adição do produto B, seguido por mistura leve e, então, além de bentonita, representando a adição de Produto A antes do último estágio cisalhamento e a adição de produto B e bentonita após o último estágio de cisalhamento. Os resultados são apresentados na Tabela 1
[00065] Os testes de retenção de cinza são feitos com DFR 04 da empresa BTG (peneira de cobre de malha 60). A retenção de cinza é avaliada pela medição da concentração de teor de sólidos de cinzas total encontrada em uma amostra de 200 ml de água branca (filtração da água branca feita com um papel de filtro livre de cinzas tipo Whatmann 542). A retenção de cinza na primeira passagem (FPAR) é então determinada pelo seguinte razão: FPAR (%) = ([conc. cinza no suprimento %.] - [. conc. cinza na água branca])/[ conc. do suprimento] Tabela 1
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Claims (8)

1. Processo de fabricação de papel, papelão ou papel-cartão, em que uma carga fina celulósica é fornecida e submetida a um ou mais estágios de cisalhamento e, então, drenada em uma peneira móvel para formar uma folha que é secada, caracterizadopelo fato de que o processo emprega um sistema de tratamento que é aplicado à carga fina, referido sistema de tratamento compreendendo, como componentes, a) um polímero orgânico catiônico de densidade de carga superior a 4 meq/g, com uma massa molar Mw de cerca de 3 milhões de Daltons, b) um polímero catiônico tendo uma massa molar média Mw de, pelo menos, 500.000 Dalton e uma densidade de carga não excedendo 3,0 meq/g; e c) um material microparticulado; em que os componentes (b) e (c) são adicionados à carga fina celulósica após o último estágio de cisalhamento antes da caixa de entrada, e componente (a) é adicionado à carga fina celulósica antes do referido último estágio de cisalhamento.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o polímero orgânico catiônico de componente (a) é selecionado dentre o grupo consistindo de polietilenoiminas, poliaminas, polivinilaminas, polivinil carboxamidas parcialmente hidrolisadas, polímeros de cloreto de dialil dimetil amônio, poliacrilamidas catiônicas e poliacrilatos catiônicos.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o componente (b) é selecionado dentre o grupo consistindo de poliacrilamidas catiônicas, polímeros contendo unidades de vinil aminas, poliacrilatos catiônicos e polímeros de cloreto de dialil dimetil amônio.
4. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizadopelo fato de que o material microparticulado é selecionado dentre o grupo consistindo em partículas à base de sílica, microgéis de sílica, sílica coloidal, sóis de sílica, géis de sílica, polissilicatos, sílica catiônica, aluminossilicatos, polialuminossilicatos, borossilicatos, poliborossilicatos, zeólitos, bentonita, hectorita, esmectitas, montmorilonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas, sepiolitas, micropartículas poliméricas reticuladas aniônicas de tamanho de partícula abaixo de 750 nm e nanocelulose.
5. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o componente de polímero catiônico (b) é acrescentado à carga fina antes do material microparticulado.
6. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o polímero orgânico catiônico ou cloreto de polialumínio do componente (a) é adicionado à carga fina em uma quantidade de 0,005 a 0,5% em peso, com base na carga para papel seca.
7. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o componente de polímero catiônico (b) é adicionado à carga fina em uma quantidade de 0,005 a 0,5% em peso, com base na carga para papel seca.
8. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que o material microparticulado é adicionado à carga fina em uma quantidade de 0,01 a 1,0% em peso, com base na carga para papel seca.
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