BR112015016116B1 - Processo para fabricar papel ou papelão - Google Patents
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Abstract
processo para fabricar papel ou papelão. processo para a fabricação de papel e papelão. a presente invenção se refere a um processo de fabricação de papel ou papelão em que uma carga fina celulósica é provida e submetida a um ou mais estágios de cisalhamento e então drenada e uma tela em movimento para formar uma folha que é seca, em que o processo emprega um sistema de retenção que é aplicado na carga fina, referido sistema de retenção compreendendo como componentes i) uma mistura de polímeros catiônicos diferentes e ii) um material microparticulado, em que a mistura de polímeros catiônicos compreende, a) um polímero catiônico tendo uma densidade de carga de 0,5 e abaixo de 3 meq por grama e uma massa molar maior do que 7000.000 da, polímero catiônico que é selecionado dentre polímeros contendo unidades de vinil amina e polietilenimina, b) um polímero catiônico tendo uma densidade de carga de abaixo de 3 meq por grama e uma viscosidade intrínseca de pelo menos 3 dl/g, em que um dos componentes do sistema d e retenção é dosado dentro da carga fina após o estágio final de cisalhamento e o outro é dosado dentro da carga fina antes do estágio final de cisalhamento.
Description
[001] A presente invenção se refere a um método para a fabricação de papel e papelão a partir de uma suspensão celulósica, empregando um novo sistema de retenção.
[002] É bem conhecido como fabricar papel por um processo que compreende flocular uma carga fina celulósica pela adição de auxiliar de retenção polimérico e então drenar uma suspensão floculada através de uma tela em movimento (frequentemente referida como um fio da máquina) e então formar uma folha úmida, que é então seca.
[003] A fim de aumentar a produção de papel muitas máquinas modernas de fabricar papel operam em velocidades superiores. Como uma consequência de velocidades aumentadas da máquina bastante ênfase tem sido dada a drenagem e sistemas de retenção que fornecem drenagem aumentada. No entanto, é conhecido que o aumento do peso molecular de um auxiliar de retenção polimérico que é adicionado imediatamente antes da drenagem tenderá a aumentar a taxa de drenagem, mas com danos na formação. É difícil obter o equilíbrio ideal de retenção, drenagem, secagem e formação pela adição de um único auxiliar de retenção polimérico e é por esse motivo uma prática comum a adição de dois materiais separados em sequência.
[004] EP-A-235893 provê um processo em que um polímero catiônico linear substancialmente solúvel em água é aplicado na carga de produzir papel antes de um estágio de cisalhamento e então re-floculado pela introdução de bentonita após aquele estágio de cisalhamento. Este processo prove drenagem aumentada e também boa formação e retenção. Este processo que é comercializado pela BASF sob a (marca registrada) Hydrocol provou ter sucesso durante mais de duas décadas.
[005] Este sistema Hydrocol (marca registrada) de produzir papel é um sistema muito eficiente de micropárticulas para uma faixa ampla de tipos de papel incluindo produção de papel cartão para forro e papel cartão para caixa dobrável. Os benefícios deste sistema incluem níveis elevados de retenção, boa drenagem, boa formação, boa limpeza da máquina, boa operabilidade e sistema eficiente de custos.
[006] Subsequentemente, várias tentativas foram feitas para prover variações neste tema fazendo modificações menores em um ou mais componentes.
[007] EP-A-335575 descreve um processo em que um polímero principal selecionado dentre polímero catiônico solúvel em água de elevado peso molecular e amido catiônico é adicionado em uma suspensão celulósica após o que uma suspensão é passada através de um ou mais estágios de cisalhamento seguido pela adição de material inorgânico selecionado dentre bentonita e sílica coloidal. Neste sistema um polímero catiônico de baixo peso molecular é adicionado dentro da suspensão antes da adição do polímero principal. É indicado que o polímero de baixo peso molecular tenha usualmente um peso molecular abaixo de 500.000 e usualmente acima de 50.000, frequentemente acima de 100.000. Polímeros catiônicos de baixo peso molecular sugeridos incluem polietilenoimina, poliaminas, polímeros de diciandiamidas-formaldeído, polímeros e copolímeros de cloreto de dialil dimetil amônio, de (met)acrilatos de dialquil amino alquila e de dialquil amino alquil (met)acrilamidas (ambos geralmente como adição de ácido ou sais de amônio quaternário). O processo foi referido por melhorar os processos em que existe uma alta quantidade de piche ou processos com uma alta demanda catiônica.
[008] Outro desenvolvimento deste tipo de processo foi descrito subsequentemente em EP-A-910701 em que dois polímeros catiônicos solúveis em água diferentes ou adicionados em sucessão as polpas em seguida submetendo as polpas a pelo menos um estágio de cisalhamento seguido pela adição de bentonita, sílica coloidal ou argila. Especificamente polietilenoiminas tendo uma massa molar maior do que 500.000 ou polímeros contendo grupos vinil amina tendo uma massa molar de entre 5000 e 3 milhões são adicionados a polpa e então poliacrilamidas catiônicas de elevado peso molecular.
[009] 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 catiônico e/ou anfotérico de elevado peso molecular são adicionados simultaneamente a carga fina com partículas inorgânicas aniônicas tais como sílica ou bentonita sendo dosadas dentro da suspensão de carga fina. O polímero catiônico de baixo peso molecular inclui polietilenoimina e polivinil amina. Os polímeros são geralmente adicionados separadamente embora seja indicado que os dois polímeros catiônicos podem ser adicionados como uma mistura. É indicado também que os polímeros podem ser adicionados antes de um estágio de cisalhamento embora os pontos exatos de adição não sejam indicados. É relatado que este processo resulta em drenagem e/ou retenção melhorada em comparação com processos em que o polímero catiônico ou anfotérico de elevado peso molecular é usado sozinho junto com partículas inorgânicas aniônicas.
[0010] US 6103065 descreve um processo de fabricação de papel envolvendo a adição em uma carga de papel após o último ponto de elevado cisalhamento de pelo menos um polímero catiônico de densidade de carga elevada de peso molecular entre 100.000 e 2 milhões com uma densidade de carga em excesso de 4 mEq por grama e ou concorrentemente 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 por grama. Subsequente aos dois polímeros, uma argila bentonita intumescível é adicionada a carga. O polímero de densidade de carga elevada pode ser homopolímeros ou copolímeros ou polímeros de polietilenoimina ou polímeros produzidos a partir de vinil aminas. Este documento indica que o processo melhora os programas de bentonita convencional empregando menos polímero e melhorando a remoção de água da seção da prensa que aumenta os sólidos entrando nos secadores reduzindo assim as exigências de secagem.
[0011] Na produção de papel e papelão a máquina de papel pode se tornar limitada pela quantidade de água retida na rede final após a seção da prensa quando a máquina de papel está usando energia máxima de secagem. A retenção de fibra e artigos de carga é limitada também quando usando sistemas padrão de retenção e auxiliar de drenagem devido aos problemas potenciais da qualidade do papel. O desempenho de retenção e remoção de água pode ser melhorado usando adições superiores de produtos químicos auxiliares de retenção e drenagem tais como poliacrilamida e bentonita. No entanto, doses maiores destes produtos químicos podem impactar negativamente as propriedades físicas da folha de papel.
[0012] Uma desvantagem particular de muitos sistemas convencionais de micropartícula é que a drenagem tende a aumentar simultaneamente com o aumento da retenção. Embora isto possa ter sido percebido como uma vantagem há muitos anos atrás, com máquinas de papel modernas de alta velocidade, drenagem muito alta pode ser uma desvantagem. Este pode ser o caso para máquinas formadoras de espaços e máquinas Fourdrinier de múltiplas dobras. Papel cartão para caixa dobrável é produzido normalmente em máquinas Fourdrinier de múltiplas dobras em que a dobra principal é a camada do meio (tipicamente cerca de 150 a 400 g/m2). As exigências para estes tipos são boas retenção para o peso de base inferior e boa drenagem para o peso de base alto. Todavia na maioria dos casos é necessário reduzir a velocidade da máquina de papel para as folhas com peso de base superior devido a estas limitações de drenagem. Em muitos casos, simplesmente aumentando os componentes auxiliares de retenção a drenagem no fio pode ser melhorada, mas a liberação de água na prensa tende a ser reduzida. Além disso, a formação também pode ser adversamente afetada.
[0013] Seria desejável prover um processo melhorado para produzir papel e papel cartão. Além disso, seria desejável superar as desvantagens mencionadas acima.
[0014] De acordo com a presente invenção os requerentes fornecem um processo de produzir papel ou papelão em que uma carga fina celulósica é provida e submetida a um ou mais estágios de cisalhamento e então drenada e uma tela em movimento para formar uma folha que é seca, em que o processo emprega um sistema de retenção que é aplicado na carga fina, referido sistema de retenção compreendendo como componentes, a. uma mistura de polímeros catiônicos diferentes, e b. um material microparticulado, em que a mistura de polímeros catiônicos compreende, i. um polímero catiônico tendo uma densidade de carga de 0,5 e abaixo de 3 mEq por grama e uma massa molar maior do que 700.000 Da, polímero catiônico que é selecionado dentre polímeros contendo unidades de vinil amina e polietilenimina, ii. um polímero catiônico tendo uma densidade de carga de abaixo de 3 mEq por grama e uma viscosidade intrínseca de pelo menos 3 dl/g, em que um dos componentes do sistema de retenção é dosado dentro da carga fina após o estágio final de cisalhamento e o outro é dosado dentro da carga fina antes do estágio final de cisalhamento.
[0015] Os inventores verificaram que o processo da presente invenção permite convenientemente que a velocidade das máquinas seja aumentada, especialmente quando produzindo papel cartão, tal como papel cartão para caixa dobrável. Adicionalmente, o processo permite retenção melhorada sem aumentar necessariamente a drenagem. Tal melhoramento pode ser considerado como um efeito de desacoplamento entre retenção e drenagem. Além disso, o processo parece permitir operabilidade. As folhas de papel e papel cartão produzidas pelo processo da presente invenção exibem também resistência e formação melhoradas. Além disso, este processo permite produtividade aumentada do papel e papel cartão.
[0016] No processo de produção de papel e papelão uma carga fina celulósica é produzida tipicamente formando primeiro uma suspensão de carga espessa a partir de um material de carga e água e então diluindo esta suspensão de carga espessa com água de diluição para formar a carga fina celulósica. A carga fina será passada através de um ou mais estágios de cisalhamento e então drenada sobre uma tela em movimento (frequentemente chamada fio da máquina) para formar uma folha úmida que pode ser então seca. No caso da produção de papelão, várias camadas ou dobras podem ser combinadas para formar uma folha compósita. Tipicamente, uma suspensão de carga fina pode ter uma consistência de carga de entre 0,1 e 3% de sólidos com base no peso total da suspensão.
[0017] Em um processo de produção de papel e papelão podem existir vários estágios de cisalhamento, selecionados dentre misturação, bombeamento e peneiramento. Estágios usuais de cisalhamento incluem a uma ou mais bombas com ventiladores ou a uma ou mais telas de pressão. Tipicamente o estágio final de cisalhamento é frequentemente uma tela de pressão. Seguinte a este estágio final de cisalhamento a carga fina pode ser alimentada tipicamente dentro de uma caixa de topo ou caixa com fluxo constante que distribui a carga fina sobre a tela em movimento chamada frequentemente fio da máquina.
[0018] O papel pode ser formado como folhas com uma única dobra. No entanto, o processo é particularmente apropriado para a produção de folhas com múltiplas camadas ou múltiplas dobras, particularmente no caso de fabricação de papel cartão. O peso de base das camadas respectivas pode ser o mesmo, similar ou diferente. Em alguns casos, tal como na fabricação de papel cartão para caixa dobrável é a camada do meio que tem um peso de base superior, por exemplo, entre 150 e 400 g/m2. O processo da presente invenção é particularmente apropriado para a fabricação de papel cartão.
[0019] De acordo com o processo da presente invenção componentes de múltiplas dobras menos um de retenção podem ser adicionados após o estágio final de cisalhamento enquanto o outro deve ser adicionado antes desse ponto. Pode ser desejável adicionar o primeiro componente de retenção na carga fina e então passar a carga fina tratada assim através de mais do que um estágio de cisalhamento e então após o último estágio de cisalhamento adicionar o outro componente de retenção.
[0020] Pode ser desejável em alguns casos dosar o material de micropartículas para a carga fina antes do último estágio de cisalhamento e então subsequente a este estágio dosar a mistura de polímeros catiônicos. Todavia, é preferido que a mistura de polímeros catiônicos seja dosada dentro da carga fina antes do estágio final de cisalhamento e então o material de micropartículas dosado dentro carga fina após o estágio final de cisalhamento.
[0021] O polímero catiônico (a) da mistura que tem uma densidade de carga de 0,5 a abaixo de 3 mEq por grama pode ser qualquer um de diversos tipos de polímeros catiônicos desde que ele tenha uma massa molar maior do que 700.000 Da. A massa molar pode ser tão alta quanto 3.000.000 Da, mas é geralmente até 2.000.000 Da ou 2.500.000 Da. Apropriadamente a massa molar pode ser pelo menos 750.000 Da e frequentemente pelo menos 800.000 Da. Frequentemente a massa molar será pelo menos 900.000 Da ou ainda pelo menos 1.000.000 Da ou em alguns casos pelo menos 1.100.000 Da ou ainda pelo menos 1.500.000 Da. A massa molar pode ser, por exemplo, entre 1.000.000 Da e 2.000.000 Da ou 2.500.000 Da ou 3.000.000 Da, por exemplo, 1.100.000 Da a 1.800.000 Da. Uma massa molar preferida é de 1,5 a 2,5 milhões Da. A densidade de carga pode ser pelo menos 1 mEq por grama ou pelo menos 1,5 mEq por grama. A densidade de carga pode ser, por exemplo, qualquer valor superior a este, por exemplo, até 2,0 ou 2,5 ou 2,7 mEq por grama desde que esteja abaixo de 3 mEq por grama. Apropriadamente este polímero catiônico pode ser qualquer dos polímeros geralmente descritos como polietilenoiminas, polietileniminas modificadas, polímeros de vinil carboxamidas, tais como N-vinil formamida, seguido por hidrólise parcial ou completa para produzir unidades de vinil amina. Polímeros preferidos são selecionados dentre o grupo consistindo de polivinilaminas, e polivinil carboxamidas parcialmente hidrolisadas.
[0022] Polímeros catiônicos especialmente preferidos do componente (a) incluem polivinil aminas (incluindo qualquer polímero tendo unidades de vinil amina) com uma densidade de carga de 1 a 2 mEq por grama e tendo uma massa molar de 1,5 a 2,5 milhões de Da.
[0023] A massa molar pode ser determinada, por exemplo, por espalhamento de luz estático, dispersão de nêutron de ângulo pequeno, dispersão de raios X ou velocidade de sedimentação.
[0024] A densidade de carga dos polímeros catiônicos pode ser determinada por titulação de uma solução aquosa do polímero com polivinil sulfato de potássio (KPVS). Um indicador apropriado pode ser usado, por exemplo, azul de o-toluidina.
[0025] A densidade de carga (LA), medida em miliequivalentes por grama, pode ser determinada como se segue:
Em que FK é o fator de correção para a fração não volátil da solução de polímero.
TN é a fração não volátil teórica da solução de polímero; FR é a fração não volátil medida da solução de polímero; KV é o volume de KPVS usado na titulação, em ml; CK é a concentração da solução de KPVS, em miliequivalentes/ml; PT é a massa teórica do polímero usado, em gramas.
[0026] As polietilenoiminas ou polietileniminas modificadas podem ser como definidas acima e incluem os produtos da condensação contendo nitrogênio descritos no pedido de patente alemão acessível ao público DE 24 34 816. Estes são obtidos reagindo compostos de poliamidoamina com derivados de óxido de polialquileno cujos grupos terminais hidroxila foram reagidos com epiclorohidrina. Outras polietilenoiminas apropriadas são descritas em WO 97/25367 A1, WO 94/14873 A1, e WO 94/12560 A1. As polietilenoiminas ou polietilenoiminas modificadas podem ser subsequentemente submetidas à ultrafiltração como descrito em WO 00/67884 A1 e WO 97/23567 A1. Polietilenoiminas apropriadas e polietilenoiminas modificadas incluem polialquileniminas, polialquileno poliaminas, poliamidoaminas, polialquileno glicol poliaminas, poliamidoaminas enxertadas com etilenimina e subsequentemente reagidas com pelo menos reticuladores difuntionais, e misturas e copolímeros dos mesmos.
[0027] Os polímeros catiônicos preferidos (a) tendo uma densidade de carga de 0,5 a abaixo de 3 mEq por grama e uma massa molar maior do que 700.000 Da são polímeros contendo unidades de vinil amina. Estes incluem polivinil carboxamidas parcialmente hidrolisadas. Mais preferivelmente estes polímeros catiônicos são homopolímeros ou copolímeros de N- vinilformamida. Estes podem ser obtidos polimerizando N-vinilformamida para dar homopolímeros ou copolimerizando N-vinilformamida junto com pelo menos outro monômero etilenicamente insaturado. As unidades de vinilformamida destes polímeros não são hidrolizadas, em contraste com a preparação de polímeros compreendendo unidades de vinilamina. Os copolímeros podem ser catiônicos, aniônicos ou anfotéricos. Polímeros catiônicos são obtidos, por exemplo, pela copolimerização de N- vinilformamida com pelo menos outro monômero solúvel em água, etilenicamente insaturado, por exemplo, acrilamida. Tais polímeros podem ser produzidos, por exemplo, como em solução aquosa, como um pó, como uma emulsão ou dispersão em fase reversa ou como uma dispersão aquosa.
[0028] Polímeros compreendendo unidades de vinilformamida são conhecidos. Por exemplo, EP-A 0 071 050 descreve polímeros básicos lineares compreendendo 90 a 10 mols% de unidades de vinilamina e 10 a 90 mols% de unidades de vinil-formamida. Estes polímeros são produzidos pela polimerização de N-vinilformamida pelo processo de polimerização em solução em água, o processo de polimerização em suspensão inversa, o processo de polimerização em emulsão de água-em-óleo ou o processo de polimerização por precipitação e, em cada caso, destacamento parcial subsequente dos grupos formila das polivinilformamidas para formar unidades de vinilamina.
[0029] É também apropriado produzir um pó de polímero compreendendo unidades de vinilformamida por polimerização via radicais livres de uma solução aquosa de N-vinilformamida e, se apropriado, outros monômeros e secagem do polímero. Tipicamente isto compreende uma solução aquosa de monômero compreendendo N-vinilformamida e pelo menos um iniciador de polimerização sendo distribuído por pulverização como um aerossol ou formado em gotículas no topo de um reator na forma de torre aquecível. Então o aerossol ou gotículas são polimerizados em uma atmosfera com gás inerte para formar um sólido finamente dividido seguido pela descarga do polímero finamente dividido do reator. Isto é descrito, por exemplo, em EP 1948648.
[0030] 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 livres de sal e compreenderem estabilizadores poliméricos aniônicos tendo uma estrutura molecular do tipo pente. As dispersões aquosas podem conter pelo menos um estabilizador polimérico tendo uma estrutura molecular do tipo pente, que é obtido pela 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 estrutura dorsal de hidrocarboneto com grupos aniônicos e cadeias laterais de polialquileno glicol não polar. No meio de polimerização aquoso, estes estabilizadores agem, por exemplo, como um estabilizador e/ou como um agente de precipitação para a formação das partículas de polímero. Estes polímeros podem ser obtidos pela copolimerização de misturas de monômeros compreendendo macromonômeros, por exemplo, como descrito em EP 1945683.
[0031] Misturas de 25 ou 50 a 100% em peso de N-vinilformamida e de 0 a 50 ou 75% em peso de um ou mais de referidos comonômeros são apropriadas para a preparação dos polímeros de N-vinilcarboxamida solúveis em água. As dispersões aquosas podem ser substancialmente livres de sal. Cswk. “uwduVcpekcnogntg Ikxtgu fg ucl" ukinkfiec swg swcnswgt swcnVkfcfg fg sais inorgânicos que ainda está presente nas dispersões é muito pequena, preferivelmente menor do que cerca de 1% em peso, particularmente preferivelmente menor do que 0,5% em peso e muito particularmente preferivelmente menor do que 0,3% em peso no total, com base em cada caso no peso total da dispersão aquosa. As dispersões aquosas de polímeros de N- vinilcarboxamidas solúveis em água têm preferivelmente um alto teor de polímero e preferivelmente compreendem polímeros tendo massas molares altas e simultaneamente uma baixa viscosidade.
[0032] O polímero catiônico (b) tendo uma densidade de carga de abaixo de 3 mEq por grama e uma viscosidade intrínseca de pelo menos 4 dl/g pode ser preparado desejavelmente usando um monômero etilenicamente insaturado solúvel em água ou uma mistura de monômeros etilenicamente insaturados solúveis em água em que pelo menos um dos monômeros é catiônico. Onde 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, embora seja desejável que tais monômeros incluam um ou mais monômeros aniônicos resultando em um polímero anfotérico, desde que a carga total seja catiônica. Todavia, é preferido que os dois auxiliares de retenção poliméricos sejam formados totalmente a partir do monômero catiônico ou uma mistura de monômeros contendo pelo menos um monômero catiônico e pelo menos um monômero não iônico.
[0033] Os monômeros catiônicos incluem (met)acrilatos de dialquilamino alquila, dialquilamino alquil (met)acrilamidas, incluindo adição de ácido e sais de amônio quaternário dos mesmos, cloreto de dialil dimetil amônio. Monômeros catiônicos preferidos incluem os sais de amônio quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetilamino etila e metacrilato de dimetil aminoetila. 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 amônio quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetilamino etila.
[0034] Este polímero catiônico contém preferivelmente pelo menos 5 mols% de unidades de monômero catiônico e até 60 mols% de unidades de monômero catiônico, mais preferivelmente entre 5 e 40 mols% de unidades de monômero catiônico, especialmente entre 5 e 20 mols%. Os primeiros auxiliares de retenção poliméricos particularmente preferidos são também poliacrilamidas catiônicas compreendendo acrilamida e pelo menos um monômero catiônico etilenicamente insaturado solúvel em água, preferivelmente sais de amônio quaternário de (met)acrilatos de dialquil amino alquila ou acrilamidas N-substituídas, especialmente os sais de amônio quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetilamino etila.
[0035] Preferivelmente o primeiro auxiliar de retenção polimérico exibe uma viscosidade intrínseca de pelo menos 5 e frequentemente pelo menos 6 dl/g. Em muitos casos ela pode ser 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 existe um peso molecular máximo necessário para este polímero catiônico de densidade de carga abaixo de 3 mEq por grama e assim não existe um valor superior particular de viscosidade intrínseca. De fato, a viscosidade intrínseca pode ser mesmo tão alta quanto 30 dl/g ou superior. Embora geralmente o primeiro auxiliar de retenção polimérico tenha frequentemente uma viscosidade intrínseca de até 25 dl/g, por exemplo, até 20 dl/g.
[0036] A viscosidade intrínseca dos polímeros pode ser determinada preparando uma solução aquosa do polímero (0,5-1% peso/peso) com base no teor ativo do polímero. 2 g desta solução de 0,5-1% de polímero é diluída em 100 ml em um frasco volumétrico com 50 ml de solução de cloreto de sódio 2M que é tamponada para pH 7,0 (usando 1,56 g de dihidrogenofosfato de sódio e 32,26 g de hidrogenofosfato de disódio por litro de água deionizada) e o total é diluído para a marca de 100 ml com água deionizada. A viscosidade intrínseca dos polímeros é medida usando um viscosímetro de nível suspenso Número 1 a 25oC em uma solução de sal tamponada 1M. Os valores de viscosidade intrínseca relatados são determinados de acordo com de acordo com este método a menos que especificado em contrário.
[0037] Desejavelmente os polímeros ou do primeiro e/ou segundo auxiliar de retenção polimérico, ou ambos pode ser provido como emulsões em fase reversa preparadas por polimerização em emulsão na fase reversa, opcionalmente seguida por desidratação sob pressão e temperatura reduzida e frequentemente referida como desidratação azeotrópica para formar uma dispersão das partículas de polímero em óleo. Alternativamente o polímero pode ser provido na forma de contas e preparado por polimerização em suspensão na fase reversa, ou preparado como um pó por polimerização em solução aquosa seguida por trituração, secagem e então moagem. Os polímeros podem ser produzidos como conchas por polimerização em suspensão ou como uma emulsão ou dispersão de água-em-óleo por polimerização em emulsão de água-em-óleo, por exemplo, de acordo com um processo definido por EP-A-150933, EP-A-102760 ou EP-A-126528.
[0038] Geralmente os dois polímeros catiônicos diferentes que formam a mistura de polímero catiônico podem ser feitos cada um dentro de soluções aquosas separadamente antes de serem combinados. Alternativamente, pode ser desejável em alguns casos fazer a mistura de polímero dissolvendo os dois polímeros catiônicos diferentes juntos. Tipicamente soluções aquosas dos dois auxiliares de retenção poliméricos podem ser alcançadas dissolvendo individualmente os respectivos polímeros fgpVtq fóáiwCo KuVq rqfg ugt cnecp>cfq. rqt gzgornq. go wo fkurqsitivo de complementação de solução de polímero apropriado. Tal equipamento é descrito na arte antecedente e, por exemplo, comercializado pela BASF sob a octec tgikuVtcfc LgV YgV™o
[0039] Um meio conveniente de preparar a mistura é fluir um dos polímeros catiônicos dentro de uma linha de alimentação transportando o outro polímero catiônico para formar uma mistura dos dois polímeros que é então distribuída dentro da suspensão de carga fina celulósica. Alternativamente, pode ser desejável combinar os dois polímeros e então armazenar a mistura em um vaso de armazenamento, para distribuição subsequente na suspensão de carga fina.
[0040] A mistura de polímeros catiônicos, que está geralmente presente como uma mistura aquosa, pode conter o polímero catiônico (a) tendo uma densidade de carga de 0,5 a abaixo de 3 mEq por grama e uma massa molar maior do que 700.000 Da a uma concentração de pelo menos 0,05% e frequentemente até 10% ou 20% ou 30% ou mais, por exemplo, pelo menos 1% ou pelo menos 2% (com base no peso total da mistura) e o polímero catiônico (b) com uma densidade de carga de abaixo de 3 mEq por grama e uma viscosidade intrínseca de pelo menos 4 dl/g a uma concentração de pelo menos 0,05%, pelo menos 0,1% ou pelo menos 0,2% e frequentemente até 1% ou 2%, embora em alguns casos possa ser desejável que a concentração seja tanto quanto 5% (com base no peso total da mistura). A razão exata dos dois polímeros catiônicos diferentes dependerá da dosagem desejada exigida para cada respectivo polímero catiônico. Geralmente a dose de polímero catiônico (a) de densidade de carga de 0,5 a abaixo de 3 mEq por grama e massa molar de pelo menos 700.000 pode ser pelo menos 50 ppm e frequentemente pelo menos 100 ppm. Frequentemente a dose será pelo menos 200 ppm e em alguns casos pelo menos 500 ppm. A dose pode ser tão alta quanto 3000 ppm ou superior, mas frequentemente será até 2500 ppm e em alguns casos até 2000 ppm.
[0041] Usualmente a dose de polímero catiônico (b) de densidade de carga abaixo de 3 mEq por grama e viscosidade intrínseca de pelo menos 4 dl/g pode ser pelo menos 50 ppm e frequentemente pelo menos 100 ppm. Doses típicas podem ser de até 1000 ppm, embora doses na faixa de pelo menos 150 ppm ou pelo menos 200 ppm até a dose de 600 ppm podem ser frequentemente particularmente apropriadas. Todas as dosagens dos respectivos polímeros catiônicos com base no peso de ativo do polímero catiônico em peso seco de suspensão de carga fina celulósica.
[0042] O material microparticulado empregado na presente invenção pode ser qualquer material particulado finamente dividido apropriado. Apropriadamente ele pode ser selecionado dentre o grupo consistindo de partículas com base em sílica, microgéis de sílica, sílica coloidal, sóis de sílica, géis de sílica, polisilicatos, sílica catiônica, aluminossilicatos, polialuminossilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, 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.
[0043] A sílica pode ser, por exemplo, qualquer sílica coloidal, por exemplo, como descrita em WO-A-8600100. O polisilicato pode ser um ácido silícico coloidal como descrito em US-A-4.388,150. Os polisilicatos podem ser preparados pela acidificação de uma solução aquosa de um silicato de metal alcalino. Os polialuminosilicatos podem ser, por exemplo, ácido polissilícico aluminado, feitos formando primeiro micropartículas de ácido polissilícico e então realizando um pós-tratamento com sais de alumínio, por exemplo, como descrito em US-A-5.176.891. Tais polialuminossilicatos consistem de micropartículas silícicas com o alumínio localizado preferencialmente na superfície.
[0044] Alternativamente os polialuminossilicatos podem ser microgéis polissilícicos poliparticulados de área de superfície em excesso de 1000m2/g formados reagindo um silicato de metal alcalino com ácido e sais de alumínio solúveis em água, por exemplo, como descrito em US-A- 5.482.693. Tipicamente os polialuminossilicatos podem ter uma razão molar de alumina sílica de entre 1:10 e 1:1500.
[0045] O material silicioso poder ser um borosilicato coloidal, por exemplo, como descrito em WO-A-9916708.
[0046] As argilas intumescíveis podem ser, por exemplo, tipicamente uma argila do tipo bentonita. As argilas preferidas são intumescíveis em água e incluem argilas que são naturalmente intumescíveis em água ou argilas que podem ser modificadas, por exemplo, por troca iônica para tornar as mesmas intumescíveis em água. Argilas intumescíveis em água apropriadas incluem, mas não estão limitadas a argilas frequentemente referidas como hectorita, esmectitas, montmorilonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas e sepiolitas. Argilas intumescíveis aniônicas típicas são descrita em EP-A-235893 e EP-A-335575.
[0047] Mais preferivelmente a argila é uma argila do tipo bentonita. A bentonita pode ser provida como uma bentonita de metal alcalino. Bentonitas ocorrem naturalmente ou como bentonitas alcalinas, tal como bentonita de sódio ou como o sal de metal alcalino terroso, usualmente o sal de cálcio ou magnésio. Geralmente as bentonitas de metal alcalino terroso são ativadas pelo tratamento com carbonato de sódio ou bicarbonato de sódio. A argila de bentonita intumescível ativada é frequentemente fornecida para o moinho de papel como um pó seco.
[0048] Alternativamente a bentonita pode ser provida como uma polpa fluida escoável com 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.
[0049] As micropartículas poliméricas reticuladas podem ser feitas como microemulsões por um processo que emprega uma solução aquosa compreendendo um monômero catiônico ou aniônico e agente de reticulação; um óleo compreendendo um hidrocarboneto saturado; e uma quantidade efetiva de um tensoativo, suficiente para produzir partículas menores do que cerca de 0,75 mícrons no diâmetro de partícula médio numérico não intumescível. Microcontas são feitas também como microgéis pelos procedimentos descritos por Ying Huang et. al., Makromol. Chem. 186, 273281 (1985) ou podem ser obtidas comercialmente como microlátex. O termo "micropartícula", como usado aqui, está incluindo todas estas configurações, isto é, micro-contas per se, microgéis e microlátex.
[0050] As micropartículas poliméricas desta invenção são preferivelmente preparadas pela polimerização dos monômeros em uma emulsão como descrita no pedido de patente, EP-484617. A polimerização em microemulsões e emulsões inversas pode ser usada como é conhecido pelos versados na arte.
[0051] A suspensão celulósica usada para fazer a polpa na presente invenção pode ser feita por métodos convencionais, por exemplo, a partir de madeira ou outra carga de alimentação. Papel ou papel cartão de refugo destintado pode ser usado para prover um pouco da mesma. Por exemplo, a madeira pode ser descarregada e então submetida à moagem, técnicas de formação de polpa por tratamento com produtos químicos ou calor, por exemplo, para fazer uma polpa mecânica, uma polpa termomecânica ou uma polpa química. A fibra pode ser branqueada, por exemplo, usando um processo de branqueamento convencional, tal como empregando bissulfito ou hidrossulfito de magnésio. A polpa pode ter sido lavada e drenada e re-lavada com água ou outro licor de lavagem aquoso antes de alcançar o estágio de drenagem final na máquina de fazer a polpa.
[0052] A suspensão de carga fina celulósica pode conter fibra mecânica. Por fibra mecânica os requerentes querem dizer que a suspensão celulósica compreende polpa mecânica, indicando qualquer polpa de madeira fabricada completamente ou em parte por um processo mecânico, incluindo madeira triturada em fibras curtas (SGW), madeira triturada pressurizada (PGW), polpa termomecânica (TMP), polpa quimiotermomecânica (CTMP) ou polpa quimiotermomecânica branqueada (BCTMP). Tipos mecânicos de papel contêm quantidades diferentes de polpa mecânica, que é incluída usualmente a fim de prover as propriedades ópticas e mecânicas desejadas. Em alguns casos a polpa usada para fazer o papel carregado pode ser formada completamente por uma ou mais das polpas mecânicas mencionadas acima. Além das polpas mecânicas outras polpas estão frequentemente incluídas na suspensão celulósica. Tipicamente as outras polpas podem formar pelo menos 10% em peso do teor total de fibra. Estas outras polpas, a incluída na formulação de papel, incluem polpa destintada e polpa de sulfato (frequentemente referida como polpa kraft).
[0053] Os exemplos seguintes ilustram a invenção.
[0054] O moinho produz papel revestido livre de madeira em um formador de espaços. A composição de papel é uma polpa química 100% branqueada consistindo de 25% de vidoeiro e 75% de pinho. O Canadian Standard Freeness de vidoeiro (fibra curta) é 350-450 e o pinho (fibra longa) é 500-560. A carga nova é PCC (carbonato de cálcio precipitado) e foi incluída na carga em uma quantidade de 10%. O PCC foi produzido no local tendo um tamanho de partícula médio de 2,3 μm. A consistência da carga na caixa de topo é 0,8%.
[0055] A velocidade da máquina e níveis de retenção dependem do peso de base - dos pesos de base superiores (acima de 75 gsm) operando em velocidades inferiores devido a uma limitação de vapor (secador), mas com valores superiores de retenção. O auxiliar de retenção em uso é o sistema Hydrocol com Polymin 1830 como a PAM (poliacrilamida catiônica contendo 10 mols por cento de unidades de monômero catiônico) adicionada antes da tela e a bentonita adicionada após a tela. A bentonita é adicionada com taxas de dosagens típicas de 2,4 kg/t (com base na bentonita seca na composição de papel seco). Polymin 1830 tendo, viscosidade intrínseca maior do que 3 dl/g e densidade de carga menor do que 3 mEq por grama, é adicionada com taxas de dosagens típicas de 0,2 - 0,4 kg/t (com base no polímero seco na composição de papel seco). Estas taxas de adição variam dependendo das condições da composição de papel e propriedades do papel. Se quantidades superiores de Polymin 1830 foram aplicadas de um modo convencional,efeitos danosos tanto na formação da folha como propriedades de resistência se tornarão evidentes.
[0056] De acordo com a invenção o teste mencionado acima é repetido com a adição extra de 0,75 kg/t (com base no polímero seco na composição de papel seco) de Polymin VZ (polivinilamina com uma densidade de carga maior do que 0,5 mEq por grama, mas inferior a 3 mEq por g e uma massa molar maior do que 700.000 Da) dentro da água de diluição final da poliacrilamida catiônica mencionada acima para formar a mistura de polímero catiônico (Polymix), e de acordo com a presente invenção a umidade da seção da prensa foi reduzida em 0,7% e o consumo de vapor foi reduzido. A mistura de polímero catiônico mencionada acima aumentou também a retenção total de cinza com uma adição 25% inferior da poliacrilamida catiônica com os mesmos valores de formação resistência. Estes resultados foram obtidos com pesos de base acima de 75 gsm do papel revestido final.
Claims (6)
1. Processo para fabricar papel ou papelão caracterizado pelo fato de que o processo compreende submeter uma carga fina celulósica a um ou mais estágios de cisalhamento e então drenar através de uma tela em movimento para formar uma folha que é seca, em que o processo emprega um sistema de retenção que é aplicado na carga fina, o referido sistema de retenção compreendendo como componentes i) uma mistura de polímeros catiônicos diferentes, e j) ) um material microparticulado, o qual é selecionado de sílica e bentonita coloidal, em que a mistura de polímeros catiônicos compreende: k) taxa de dose de 50 ppm a 3000 ppm de um polímero catiônico tendo uma densidade de carga de 1 a 2 mEq por grama e uma massa molar maior do que 700.000 Da a 3 milhões Da, polímero catiônico que é selecionado dentre polímeros compreendendo unidades de vinil amina, l) taxa de dose de 50 ppm a 1000 ppm de um polímero catiônico tendo uma densidade de carga abaixo de 3 mEq por grama e uma viscosidade intrínseca de pelo menos 10 dl/g, polímero catiônico que é uma poliacrilamida catiônica compreendendo acrilamida e de 5 a 10 mols% de pelo menos um monômero catiônico etilenicamente insaturado solúvel em água, em que i) a mistura de polímeros catiônicos é dosada dentro da carga fina antes do estágio de cisalhamento final e ii) o material microparticulado é dosado dentro da carga fina após o estágio de cisalhamento final e em que a taxa de dose em ppm é baseada no peso ativo do polímero catiônico em relação ao peso seco da suspensão de carga fina celulósica, em que um dos componentes do sistema de retenção é dosado dentro da carga fina após o estágio final de cisalhamento e o outro é dosado dentro da carga fina antes do estágio final de cisalhamento.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a) o polímero catiônico tendo uma densidade de carga de 1 a 2 mEq por grama e massa molar maior do que 700.000 Da e 3 milhões Da compreende polivinilamina e polivinil carboxamidas parcialmente hidrolisadas.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que b) o pelo menos um monômero catiônico etilenicamente insaturado solúvel em água é selecionado dentre o grupo consistindo em sais quaternários ou ácidos de (met)acrilatos de alquil amino alquila, sais quaternários ou ácidos de (met)acrilamidas de dialquil amino alquila e halogenetos de dialquil dialil amônio.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a massa molar do polímero catiônico a) é de 1,5 a 2,5 milhões Da.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que b) o pelo menos um monômero catiônico etilenicamente insaturado solúvel em água da poliacrilamida catiônica é um sal de amônio quaternário de cloreto de metila de acrilato de dimetilamino etila.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma quantidade de dose do polímero catiônico b) é de 50 ppm a 600 ppm, em que a quantidade de dose é baseada no peso ativo do polímero catiônico em relação ao peso seco da suspensão de carga fina celulósica.
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