BR112018067394B1 - Processo para fabricar uma folha de papel e/ou cartão - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a um processo para fabricar uma folha de papel e/ou cartão a partir de uma suspensão fibrosa, de acordo com o qual, antes da formação da dita folha, são adicionados à suspensão fibrosa, em um ou mais pontos de injeção, pelo menos dois auxiliares de retenção respectivamente: (a) pelo menos um polímero catiônico orgânico solúvel em água P1 que tem uma cationicidade maior do que 2 meq.g-1, e (b) pelo menos um polímero anforético solúvel em água P2 de pelo menos um monômero aniônico e de pelo menos um monômero catiônico. O polímero P2 é adicionado à suspensão fibrosa após dissolver, em solução aquosa, o polímero P2 obtido previamente por uma das seguintes técnicas de polimerização: - polimerização em gel, polimerização em suspensão, polimerização em emulsão inversa, polimerização em dispersão. O polímero P2 tem um fator F > 2, sendo que o dito fator F é definido pela fórmula: F=UL2 x [(100-A)/(100-C)] com UL: viscosidade Brookfield do polímero P2 em 0,1% em peso em uma solução aquosa 1M de NaCl, a 23°C, com um módulo UL e em 60 rev.min-1, sendo que A e C correspondem, respectivamente, às porcentagens molares dos monômeros aniônico e catiônico do (...).
Description
[001] A invenção refere-se a um processo para fabricar papel e cartão que tem retenção total, retenção de carga e propriedades de desidratação melhorada sem afetar negativamente as características mecânicas do papel/cartão. Mais precisamente, o objetivo da invenção é um processo de fabricação que implanta pelo menos dois auxiliares de retenção e desidratação, que são respectivamente: - pelo menos um polímero catiônico solúvel em água, e - pelo menos um polímero anforético solúvel em água.
[002] Uma matéria adicional da invenção é os papéis e cartões obtidos por esse processo.
[003] A indústria de papel está buscando continuamente otimizar o processo de fabricação do mesmo, mais particularmente em termos de rendimento, produtividade, redução de custo e qualidade do produto acabado.
[004] Inúmeros documentos descrevem processos para fabricar papéis e cartões com propriedades de retenção melhoradas.
[005] O Documento EP 0 580 529 descreve um processo para fabricar papéis e cartões que têm propriedades de retenção melhoradas em que um terpolímero à base de acrilamida anforética linear, na forma de um pó em solução, e bentonita são adicionados à suspensão fibrosa.
[006] A implantação de bentonita tem uma inconveniência incontestável do ponto de vista do fabricante de papel. De fato, unidades industriais para preparar bentonita representam um investimento significativo bem como manutenção intensiva para usinas de papel. A bentonita também pode ter problemas de compactação devido à umidade ambiente ao redor da máquina de papel, a qual prejudica a preparação da própria dispersão de bentonita.
[007] O Documento US 7 776 181 descreve um processo de fabricação de papel que corresponde à adição de uma composição, que consiste em uma mistura de um polímero catiônico solúvel em água e um polímero anforético solúvel em água, ambos na forma de um pó, que permite melhoria de retenção e formação de folha.
[008] O polímero catiônico descrito nesse documento tem, preferencialmente, uma cationicidade de menos do que 4 meq.g-1 e o polímero anforético têm uma razão molar entre monômeros catiônicos e monômeros aniônicos de entre 5 e 15.
[009] De um ponto de vista industrial, a mistura dos dois pós é muito complexa e dispendiosa a fim de obter uma mistura perfeitamente homogênea. Além disso, há, naturalmente, uma certa segregação de partículas de pó dependendo do tamanho e formato das mesmas, particularmente devido a vibrações durante manuseio e transporte das bolsas de pó.
[0010] A integridade da composição desse produto é, portanto, muito difícil de garantir durante o uso da mesma na usina de papel, e pode, portanto, provocar flutuações em uma maior ou menor escala na operação da máquina de papel.
[0011] O Documento US 7 815 771 descreve um processo para fabricar papel e cartão que compreende a adição à suspensão celulósica de três componentes: - pelo menos um auxiliar de retenção principal composto de um (co)polímero catiônico, preferencialmente, que tenha uma viscosidade intrínseca maior do que 2 dL.g-1, - pelo menos um auxiliar de retenção secundário selecionado a partir do grupo: derivados de sílica, polímeros orgânicos aniônicos ou anforéticos, e - pelo menos um composto auxiliar de retenção terciário de um polímero aniônico reticulado, com um tamanho de partícula maior ou igual a 1 mícron e uma viscosidade intrínseca de menos do que 3 dL.g-1.
[0012] Nesse documento, o uso dos três componentes é crucial. Em primeiro lugar, o auxiliar principal é, preferencialmente, uma poliacrilamida catiônica usada convencionalmente como um auxiliar de retenção, e, em segundo lugar, os auxiliares de retenção secundários e terciários são, preferencialmente, aniônicos, sendo que o auxiliar terciário é um polímero reticulado aniônico na forma de uma emulsão convencional.
[0013] Nenhum dentre os documentos anteriores, visando melhorar propriedades de retenção, reivindica a manutenção das propriedades mecânicas do papel como os desempenhos de retenção, e, mais particularmente, o aumento de desempenho de retenção de carga.
[0014] Além disso, há documentos que descrevem os processos de fabricação de papel reivindicando uma melhoria das propriedades de resistência a seco de papel.
[0015] O Documento US 8 926 797 descreve um processo para fabricar papel e cartão que tem resistência a seco alta adicionando-se à suspensão fibrosa: - um sal catiônico trivalente, - um polímero catiônico solúvel em água do tipo polivinilamina ou polietilenoimina, - um polímero anforético solúvel em água.
[0016] O uso de um sal trivalente como um primeiro componente é descrito como sendo imperativo nessa combinação. Isso leva a uma redução do pH da suspensão fibrosa na máquina, a qual, então, estará operando sob condições ácidas. O uso de cargas do tipo de carbonato de cálcio é proibido em tais casos. De fato, carbonatos são solúveis em pH ácido e são, portanto, perdidos na água branca.
[0017] Para superar esse fenômeno, e para ser capaz de fabricar papéis e cartões com níveis de carga significativos, a operação de máquinas em condições neutras ou pseudoalcalinas é recomendada.
[0018] Das referências (particularmente os documentos EP 0 659 780 e EP 0 919 578) citadas no documento US 8 926 797, polímeros anforéticos usados são, tipicamente, poliacrilamidas contendo um monômero específico do tipo sulfonato de sódio metalil. Esses produtos são bem conhecidos por uma pessoa versada na técnica, em forma líquida com uma viscosidade Brookfield na ordem de 5.000 cps (Módulo LV3, 12 rev.min-1, 23°C) em 20% de material ativo. Esse tipo de produto, portanto, tem uma viscosidade Brookfield muito inferior a 2 cps em uma solução de NaCl 1M (Módulo UL, 60 rev.min-1, 23°C).
[0019] Um efeito benéfico é observado nos desempenhos de resistência a seco do papel quando o operador ajusta os níveis de carga nas folhas tal como para mantê-los constantes. Contudo, esse documento não faz nenhuma reivindicação de uma melhoria concomitante na retenção de carga.
[0020] O Documento US 2011/0155339 descreve um processo para fabricar papel e cartão, que tem propriedades de resistência a seco melhoradas, combinando-se, na extremidade molhada da máquina: - uma solução de polímero do tipo polivinilamina, e que tem um peso molecular de entre 75.000 e 750.000 daltons, e - uma solução de poliacrilamida catiônica ou anforética, que tem um peso molecular de entre 75.000 e 1.500.000 daltons, em que a soma dos monômeros iônicos é maior do que 5% em mol.
[0021] As poliacrilamidas anforéticas mostradas nesse documento foram obtidas por polimerização em solução aquosa. As mesmas são, portanto, na forma de uma fase líquida com um peso molecular inferior a 1,5 milhões de daltons e, portanto, uma viscosidade muito inferior a 2 cps (em 0,1% em uma solução de NaCl 1M com Módulo Brookfield UL, velocidade 60 rpm, medida a 23°C).
[0022] Os desempenhos de resistência a seco são obtidos de modo eficaz, mas sem melhoria real na retenção ou na retenção de carga.
[0023] O Documento US 8 778 139 se refere a um processo de fabricação de papel em que pelo menos uma dispersão de carga, pelo menos parcialmente “revestida” por um copolímero anforético, é adicionada à suspensão fibrosa na presença de pelo menos um polímero catiônico ou anforético que não tem quaisquer funções de éster de amino-álcool quaternizadas.
[0024] Uma pessoa versada na técnica compreenderia em função da leitura desse documento que a mesma é a respeito de um pré-tratamento da dispersão de cargas com um polímero anforético (sendo que uma polivinilamina anforética é particularmente exemplificada), então, a adição de uma polivinilamina catiônica dentro da polpa, adicionada à dispersão de cargas pré-tratadas, com o objetivo de melhorar as características mecânicas do papel. O conteúdo de carga obtido nas folhas é ajustado pelo operador.
[0025] O pré-tratamento de uma dispersão de cargas apresenta inúmeras complicações em termos de implantação, e o risco para o fabricante de papel não é insignificante. O risco principal mais provável é desestabilização (aglomeração) da dispersão dentro da linha de alimentação da máquina. A consequência mais desastrosa é a pura e simples paralisação da máquina de papel.
[0026] Além disso, o processo combina dois produtos que se originam de química de N-vinilformamida, a qual é muito mais dispendiosa do que a química de acrilamida e acrilato.
[0027] Essas três últimas referências relatam melhorias nas propriedades mecânicas do papel, mas não mostram qualquer melhoria em desempenhos de retenção ou retenção de carga.
[0028] A retenção de carga consiste em especificamente reter cargas (espécies minerais pequenas que têm pouca afinidade com celulose).
[0029] A melhoria significativa na retenção de carga leva a clarificação das águas brancas mantendo-se cargas na folha de papel bem como aumentando-se a gramatura das mesmas.
[0030] Isso também proporciona a possibilidade de substituir algumas das fibras (as espécies mais dispendiosas na composição de papel) com cargas (custo inferior) a fim de reduzir custos de fabricação de papel.
[0031] Além disso, as propriedades ópticas do papel final (opacidade, brancura, por exemplo) serão melhoradas, o que também resultará em melhor capacidade de impressão.
[0032] O fato de aumentar significativamente o conteúdo de carga na folha de papel também terá um impacto benéfico nas capacidades de secagem da folha e, portanto, na energia/vapor consumido, o que pode potencialmente aumentar velocidades da máquina. Isso significa melhorar drenagem dinâmica, ou desidratação sob vácuo, medida por DDA (Analisador de Drenagem Dinâmico (Dynamic Drainage Analyzer)).
[0033] Consequentemente, todos esses elementos contribuem para produtividade e operação de máquina melhoradas, o que implica em uma redução de custo total.
[0034] Por outro lado, caso a retenção de carga seja baixa, as águas brancas podem se tornar excessivamente carregadas, com riscos de depósitos ou formação de espuma dentro do circuito curto. Esses depósitos ou espumas de várias naturezas podem provocar avarias na máquina. Paradas de produção, bem como a manutenção associada com limpeza completa da instalação, reduzem a produtividade da máquina adicionalmente e contribuem amplamente para aumentar os custos de fabricação.
[0035] Esse é o motivo pelo qual, por décadas, os produtores de papel têm tentado aumentar o conteúdo de carga dentro do papel dos mesmos. Nessa indústria muito competitiva, esse é um grande problema e a sobrevivência de certos fabricantes de papel está em jogo. Os problemas são consideráveis quando esse objetivo de obter uma alta retenção de carga não pode ser cumprido.
[0036] Contudo, a pessoa versada na técnica é confrontada com um problema duplo. De fato, o aumento na quantidade de cargas na trama fibrosa leva a: - “bloqueio dos poros” entre as fibras e, portanto, “fechamento” da folha, o que tem um impacto negativo no desempenho de desidratação, - redução do número de ligações de hidrogênio interfibra, o que provoca uma degradação das características mecânicas do papel/cartão obtido.
[0037] Um efeito antagônico é observado, por um lado, entre retenção e desidratação de carga, e, por outro lado, entre retenção de carga e as características físicas do papel/cartão.
[0038] A presente invenção permite que esse problema seja resolvido. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[0039] Como foi previamente visto na técnica anterior, processos de fabricação de papel e cartão com propriedades de retenção melhoradas não conseguem mostrar o impacto das mesmas nas características mecânicas das folhas obtidas.
[0040] Além disso, têm sido descritos alguns processos de fabricação de papel que permitem uma melhoria nas propriedades mecânicas (resistência a seco particularmente), que não mostram melhoria de retenção, retenção de carga ou desidratação significativa e simultânea.
[0041] O objetivo da presente invenção é, portanto, propor um processo para a fabricação de uma folha de papel e/ou cartão a partir de uma suspensão fibrosa, sendo que o dito papel e/ou cartão tem propriedades de retenção total, retenção de carga e desidratação melhoradas sem afetar as características mecânicas da mesma. De fato, surpreendentemente, a implantação de pelo menos dois auxiliares de retenção e desidratação permite que esse objetivo seja alcançado. Nesse processo, antes da formação da dita folha de papel e/ou cartão, são adicionados à suspensão fibrosa, em um ou mais pontos de injeção, pelo menos dois auxiliares de retenção, respectivamente: (a) pelo menos um polímero catiônico orgânico solúvel em água P1 que tem uma cationicidade maior do que 2 meq.g-1, e (b) pelo menos um polímero anforético solúvel em água P2, distinguido pelo fato de que o polímero P2 é adicionado à suspensão fibrosa após dissolver, em solução aquosa, o polímero P2 obtido previamente por uma das seguintes técnicas de polimerização: - polimerização em gel, - polimerização em suspensão, - polimerização em emulsão inversa, - polimerização em dispersão, e em que o polímero P2 tem um fator F > 2, sendo que o dito fator F é definido pela fórmula: F=UL2 x [(100-A)/(100-C)] com UL: viscosidade Brookfield do polímero P2 em 0,1% em peso em uma solução aquosa 1M de NaCl, a 23°C, com um módulo UL e em 60 rev.min-1 A e C correspondem respectivamente às porcentagens molares dos monômeros aniônico e catiônico do polímero P2.
[0042] Em outros termos, o fator F é o produto da viscosidade Brookfield do polímero anforético ao quadrado e da razão molar de todos os monômeros do mesmo além de aniônicos sobre todos os monômeros do mesmo além de catiônicos.
[0043] Na descrição que segue e nas reivindicações, todas as dosagens de polímero expressas em g.t-1 são dadas em peso de polímero ativo por tonelada métrica de papel e/ou cartão seco.
[0044] Em segundo lugar, um composto solúvel em água corresponde a um composto solúvel em água sob condições normais de uso em um processo para fabricar papel e/ou cartão.
[0045] Os auxiliares de retenção são introduzidos na suspensão fibrosa em um ou mais pontos de injeção, uma pessoa versada na técnica sabe otimizar a ordem de injeção desses auxiliares.
[0046] Como já indicado, o polímero P2 é introduzido na forma de uma solução aquosa que é preparada dissolvendo-se o polímero P2 em água.
[0047] Suspensão fibrosa significa a polpa espessa ou a polpa diluída que são à base de água e fibras celulósicas. A polpa espessa (Material Espesso), que tem uma concentração de matéria seca em massa de 1%, ainda maior do que 3%, fica a montante da bomba de mistura (bomba de palheta). A polpa diluída (Material Fino), que tem uma concentração de matéria seca, em geral, de menos do que 1%, é situada a jusante da bomba de mistura.
[0048] O auxiliar de retenção P1 é introduzido, preferencialmente, na suspensão fibrosa em uma taxa de 100 a 1.500 g.t-1 e, mais preferencialmente, a partir de 250 a 750 g.t-1 de papel e/ou cartão seco.
[0049] O auxiliar de retenção P2 é introduzido, preferencialmente, na suspensão fibrosa em uma taxa de 100 a 1.500 g.t-1 e, mais preferencialmente, a partir de 250 a 750 g.t-1 de papel e/ou cartão seco.
[0050] Preferencialmente, o polímero catiônico orgânico solúvel em água P1 com uma cationicidade maior do que 2 meq.g-1 é selecionado a partir de: (i) os polímeros do tipo polivinilamina (que incluem homopolímeros e copolímeros) e/ou (ii) polietilenoiminas, e/ou, (iii) poliaminas (que incluem homopolímeros e copolímeros), e/ou (iv) poli(cloreto de dialildimetilamônio) (poli(DADMAC)) (que incluem homopolímeros e copolímeros), e/ou, (v) poli(amidoamina-epihalohidrina) (PAE).
[0051] As polivinilaminas (que incluem homopolímeros e copolímeros) que correspondem ao ponto (i) acima podem ser obtidas por: - (i-a) reação de degradação conhecida como Hofmann, em um (co)polímero que compreende pelo menos um monômero não iônico selecionado a partir do grupo que compreende, de uma forma não limitante, acrilamida, metacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, t-butilacrilamida, octilacrilamida, e/ou, - (i-b) reação de (co)polimerização de pelo menos um monômero de fórmula (I): em que R1 e R2 são, independentemente, um átomo de hidrogênio ou um cadeia de alquil com 1 a 6 carbonos, seguida por eliminação parcial ou completa do grupo -CO-R1, por exemplo por hidrólise, de modo a formar funções amina.
[0052] Exemplos de monômeros de fórmula (I) incluem, particularmente, N-vinilformamida, N-vinil-N-metilformamida, N- vinilacetamida, N-vinil-N-metilacetamida, N-vinil-N-etilacetamida, N-vinil- propianamida, e N-vinil-N-metilpropianamida e N-vinilbutiramida. Sendo que o monômero preferencial é N-vinilformamida.
[0053] Esses monômeros de fórmula (I) podem ser usados isoladamente ou copolimerizados com outros monômeros no sentido mais amplo. A título de exemplo, outros monômeros podem ser derivados de acrilamida, derivados de ácido acrílico e os sais do mesmo, monômeros catiônicos, monômeros zwitteriônicos ou monômeros hidrofóbicos.
[0054] Polímeros que correspondem ao ponto (i-b) acima são bem conhecidos para uma pessoa versada na técnica e são amplamente descritos, por exemplo nos documentos DE 35 06 832, DE 10 2004 056 551, EP 0 438 744, EP 0 377 313 e WO 2006/075115.
[0055] Preferencialmente, o polímero P1 resulta a partir da reação de degradação conhecida como Hofmann, em solução aquosa, na presença de um hidróxido alcalino-terroso e/ou alcalino e um hipo-halogeneto alcalino-terroso e/ou alcalino, em um (co)polímero à base de pelo menos: - um monômero não iônico selecionado a partir do grupo que compreende acrilamida, metacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, t- butilacrilamida, octilacrilamida, - opcionalmente outro monômero contendo pelo menos uma ligação não saturada.
[0056] Produtos desse tipo são bem conhecidos para uma pessoa versada na técnica e são amplamente descritos, por exemplo nos documentos WO 2006/075115, WO 2008/113934, WO 2009/13423, WO 2008/107620, WO 2010/61082, WO 2011/15783 e WO 2014/09621.
[0057] De acordo com outra preferência, o polímero P1 é um (co)polímero de N-vinilformamida total ou parcialmente hidrolisado.
[0058] Os polímeros de etilenimina que correspondem ao ponto (ii) acima incluem particularmente todos os polímeros obtidos pela polimerização de etilenimina na presença de ácidos, ácidos Lewis ou haloalcanos (consultar os documentos US 2.182.306 e US 3.203.910). Esses polímeros podem, caso necessário, ser pós-reticulados (consultar WO 97/25367).
[0059] Polietileniminas são descritas amplamente, por exemplo nos documentos EP 0 411 400, DE 24 34 816 e US 4.066.494.
[0060] Por exemplo, as polietileniminas podem ser selecionadas a partir do grupo não limitante: homopolímeros de etilenimina, reação de uma polietilenimina e um auxiliar de reticulação, etilenimina enxertada em uma poliamidoamina pós-reticulada, amidação de uma polietilenimina por um ácido carboxílico, reação Michael em uma polietilenimina, polietilenimina fosfonometilada, polietilenimina carboxilada e polietilenimina alcoxilada.
[0061] Os polímeros tipo poliamina que correspondem ao ponto (iii) acima compreendem produtos da reação de uma amina secundária com um composto epóxido difuncional.
[0062] Aminas secundárias podem ser selecionadas a partir de dimetilamina, dietilamina, dipropilamina e aminas secundárias contendo vários grupos alquila com 1 a 3 átomos de carbono.
[0063] O composto de epóxido difuncional é, vantajosamente, epibromohidrina ou epicloridrina.
[0064] Os polímeros do tipo poli(DADMAC) que correspondem ao ponto (iv) acima são homopolímeros ou copolímeros de cloreto de dialildimetilamônio.
[0065] Os polímeros do tipo PAE que correspondem ao ponto (v) acima são poli(amidoamina-epihalohidrina).
[0066] Esses poli(amidoamina-epihalohidrina) são obtidos vantajosamente reagindo-se uma poliamina alifática, um ácido policarboxílico alifático e uma epihalohidrina. Um exemplo de PAE é o produto de reação de ácido adípico com etileno triamina e epicloridrina.
[0067] Preferencialmente o polímero P1 é uma poliamina.
[0068] De acordo com outra modalidade preferencial, o polímero P1 é um poli(DADMAC).
[0069] Por fim, em uma modalidade preferencial final, o polímero P1 é um PAE.
[0070] O polímero P1 tem uma densidade de carga catiônica maior do que 2 meq.g-1, mas preferencialmente essa densidade de carga é maior do que 4 meq.g-1.
[0071] O polímero anforético solúvel em água P2, com um fator F >2, é preferencialmente um polímero de: a/ pelo menos um monômero catiônico selecionado a partir do grupo que compreende acrilato de dimetilaminoetil (ADAME) quaternizado ou salificado, e/ou metacrilato de dimetilaminoetil (MADAME) quaternizado ou salificado, e/ou cloreto de dimetildialilamônio (DADMAC), e/ou cloreto de acrilamida propil-trimetil amônio (APTAC) e/ou cloreto de metacrilamida propil-trimetil amônio (MAPTAC), e/ou N-vinil formamida total ou parcialmente hidrolisada, b/pelo menos um monômero aniônico c/ e/ou pelo menos um monômero não iônico, d/ opcionalmente pelo menos um monômero com uma natureza zwitteriônica, e/ opcionalmente pelo menos um monômero com uma natureza hidrofóbica, f/ opcionalmente pelo menos um monômero contendo pelo menos duas ligações não saturadas.
[0072] Os monômeros e o grupo b/ que são por exemplo (met)ácido acrílico ou ácido 2-acrilamido-2-propano sulfônico (AMPS), ácido vinilsulfônico ou ainda ácido vinilfosfônico, e os sais dos mesmos.
[0073] Os monômeros do grupo c/ podem ser selecionados a partir de acrilamida, metacrilamida e derivados não iônicos dos mesmos, N-vinil acetamida, N-vinil formamida, N-vinilpirrolidona, acetato de vinila.
[0074] Um exemplo de um monômero zwitteriônico do grupo d/ é 3- [[2-(metacriloiloxi)etil]dimetilamonio]propionato (CBMA).
[0075] Alguns exemplos de monômeros hidrofóbicos do grupo e/ são os derivados hidrofóbicos de acrilamida tais como cloreto ou brometo de N- acrilamidopropil-N,N-dimetil-N-dodecil amônio (DMAPA Cl ou Br(C12)) e cloreto ou brometo de N-acrilamidopropil-N,N- dimetil-N-octadecil amônio (DMAPA Cl ou Br(C18)), estireno, alquil-acrilatos, alquil-metacrilatos, aril- acrilatos, aril-metacrilatos.
[0076] Alguns exemplos de monômeros do grupo f/ podem ser metileno bisacrilamida (MBA), trialilamina, etileno glicol diacrilato.
[0077] De acordo com a invenção, os polímeros P2 são obtidos por uma das seguintes técnicas bem conhecidas para uma pessoa versada na técnica: - polimerização em gel que leva a um pó de polímero, - polimerização em suspensão que leva a microesferas de polímero, - polimerização em emulsão inversa que leva a microgéis de polímero em suspensão em um solvente não aquoso, ou - polimerização em dispersão que leva a um polímero em forma sólida em suspensão em uma solução salina aquosa.
[0078] Deve ser observado que nos documentos US 8.926.797 e US 2011/0155339 os polímeros anforéticos descritos são: - em primeiro lugar, obtidos exclusivamente por polimerização de solução, - em segundo lugar, usados com o objetivo de melhorar as propriedades mecânicas do papel, e não a retenção, retenção de carga ou desidratação.
[0079] Antes da adição de polímero P2 na suspensão fibrosa, esse é dissolvido em água.
[0080] O polímero P2 preferencialmente tem uma viscosidade Brookfield maior do que 2 cps e ainda mais preferencialmente maior do que 2,4 cps (módulo UL, 0,1% em peso, NaCl 1M, 60 rev.min-1, 23°C).
[0081] A razão de massa entre o polímero P1 e o polímero P2 introduzidos na suspensão fibrosa é, preferencialmente, entre 1/10 e 10/1, e, mais preferencialmente, 1/5 e 5/1.
[0082] Por fim, um auxiliar terciário pode ser adicionado à suspensão fibrosa. Esse auxiliar de retenção terciário é selecionado a partir de polímeros aniônicos no sentido amplo, os quais podem, portanto, ser (sem serem limitados) lineares, ramificados, reticulados, hidrofóbicos, associativos e/ou micropartículas inorgânicas (tais como bentonita, sílica coloidal).
[0083] Esse auxiliar de retenção terciário é introduzido, preferencialmente, na suspensão fibrosa em uma taxa de 20 a 2.500 g.t-1 e, mais preferencialmente, entre 25 e 2.000 g.t-1 de papel e/ou cartão seco.
[0084] Deve ser observado que a ordem de introduzir os dois (P1 e P2), ou opcionalmente três, auxiliares de retenção, como uma mistura ou não, deve ser otimizada por uma pessoa versada na técnica em uma base caso a caso, dependendo de cada sistema de fabricação de papel.
[0085] As Figuras e exemplos a seguir ilustram a invenção sem, no entanto, limitar o escopo da mesma.
[0086] A Figura 1 mostra o índice de ruptura de uma folha de papel como uma função de conteúdo de carga.
[0087] A Figura 2 mostra o comprimento de ruptura de uma folha de papel como uma função de conteúdo de carga.
[0088] Na seguinte lista, produtos de tipo A são aniônicos, tipo B anforéticos e tipo C catiônicos. Essas 3 classes de produtos se conformam aos auxiliares de retenção descritos no processo da invenção.
[0089] Produtos do tipo X são sais de cátions trivalentes, como descrito nos processos na técnica anterior.
[0090] Produtos de tipo Z são anforéticos, mas não têm as características dos polímeros P2 descritos no processo da invenção.
[0091] A1: polímero aniônico 40% em mol, na forma de uma emulsão de água em óleo com uma viscosidade Brookfield de 2,5 cps (Módulo UL, 0,1%, NaCl 1M, 60 rev.min-1, 23°C).
[0092] A2: a bentonita vendida sob o nome Opazil AOG por Süd Chemie.
[0093] B1: polímero anforético solúvel em água, na forma de um pó, com uma viscosidade Brookfield de 2,7 cps (Módulo UL, 0,1%, NaCl 1M, 60 rev.min-1, 23°C) e um fator F de 7,78.
[0094] B2: polímero anforético solúvel em água, na forma de um pó, com uma viscosidade Brookfield de 2,8 cps (Módulo UL, 0,1%, NaCl 1M, 60 rev.min-1, 23°C) e um fator F de 8,88.
[0095] B3: polímero anforético solúvel em água, na forma de microesferas, com uma viscosidade Brookfield de 2,6 cps (Módulo UL, 0,1%, NaCl 1M, 60 rev.min-1, 23°C) e um fator F de 7,23.
[0096] B4: polímero anforético solúvel em água, na forma de uma dispersão de água em água, com uma viscosidade Brookfield de 2,0 cps (Módulo UL, 0,1%, NaCl 1M, 60 rev.min-1, 23°C) e um fator F de 3,72.
[0097] C1: polímero catiônico obtido por reação de degradação Hofmann, viscosidade Brookfield de 100 cps (Módulo LV1, 30 rev.min-1, 23°C) e material ativo 10,5%.
[0098] C2: polímero catiônico obtido por hidrólise parcial de poli(vinilformamida). A taxa de hidrólise é 30% em mol, peso molecular 350.000 daltons e material ativo 16,4%. Esse é Xelorex® RS 1100 da BASF.
[0099] C3: polímero catiônico obtido por hidrólise parcial de poli(vinilformamida). A taxa de hidrólise é 30% em mol, peso molecular 300.000 daltons e material ativo 13,4%. Esse é Hercobond® 6350 da Solenis.
[00100] C4: polímero catiônico de tipo polietilenimina com peso molecular de 1.000.000 daltons e material ativo 21%. Esse é Polymin® SK da BASF.
[00101] C5: poliamina com viscosidade Brookfield 5.000 cps (Módulo LV3, 12 rev.min-1, 23°C) em 50% de material ativo.
[00102] C6: poli(DADMAC) com viscosidade Brookfield 2.000 cps (Módulo LV3, 12 rev.min-1, 23°C) em 40% de material ativo.
[00103] C7: PAE com viscosidade Brookfield 50 cps (Módulo LV1, 60 rev.min-1, 23°C) em 12,5% de material ativo.
[00104] X1: policloreto de alumínio (PAC) contendo 18% alumina (Al2O3)
[00105] X2: sulfato de alumínio técnico (Alum) em forma de pó (Al2(SO4)3,14H2O)
[00106] Z1: poliacrilamida anforética, em forma líquida com viscosidade Brookfield de 3.000 cps (Módulo LV3, 12 rev.min-1, 23°C) em 19,8%, com um fator F de 1,60. Produto usada na técnica anterior US 8 926 797 sob o nome Harmide® RB217 da Harima.
[00107] Z2: poliacrilamida anforética, em forma líquida com viscosidade Brookfield de 7.000 cps (Módulo LV3, 12 rev.min-1, 23°C) em 20,1%, com um fator F de 1,42. Produto usado na técnica anterior US 2011/0155339 sob o nome Hercobond® 1205 da Solenis.
[00108] Polpa de fibra virgem (usada nos exemplos 1, 2, 3, 4, 5): polpa molhada é obtida por polpação de polpa seca a fim de obter uma concentração aquosa final de 1% em massa. Essa é uma polpa com composto de pH neutro de 90% fibras branqueadas virgens longas, 10% fibras branqueadas virgens curtas, e 30% adicionais de GCC (Hydrocal® 55 da Omya).
[00109] Polpa de fibra reciclada (usada no exemplo 6): polpa molhada é obtida por polpação de polpa seca a fim de obter uma concentração aquosa final de 1% em massa. Essa é uma polpa com composto de pH neutro de 100% fibras de cartão recicladas.
[00110] Os vários resultados são obtidos com o uso de um recipiente do tipo “Britt Jar”, com uma velocidade de agitação de 1.000 rpm.
[00111] Sendo que a sequência de adição dos vários auxiliares de retenção é como segue: T=0 s: agitação de 500 ml de polpa em 0,5% em massa T=10 s: adição de auxiliar de retenção catiônico T=20 s: adição de auxiliar de retenção anforético T=25 s: adição opcional de auxiliar de retenção terciário T=30 s: remoção dos primeiros 20 ml que correspondem ao volume morto sob o fio, então recuperação de 100 ml de águas brancas.
[00112] Retenção de primeira passagem como uma porcentagem (%FPR: Retenção de Primeira Passagem), que corresponde à retenção total que é calculada de acordo com a seguinte fórmula: %FPR = (CHB-CWW)/CHB*100
[00113] Retenção de cinza de primeira passagem como uma porcentagem (%FPAR: que é calculada de acordo com a seguinte fórmula: %FPAR = (AHB-AWW)/AHB*100
[00114] Em que: - CHB: consistência da caixa de entrada - CWW: consistência da água branca - AHB: consistência da cinza de caixa de entrada - AWW: consistência da cinza de água branca
[00115] Em uma proveta, a polpa é tratada, submetida a uma velocidade de agitação de 1.000 rpm. Sendo que a sequência de adição dos vários auxiliares de retenção é como segue: T=0 s: agitação de 500 ml de polpa em 0,6% em massa T=10 s: adição de auxiliar de retenção catiônico T=20 s: adição de auxiliar de retenção anforético T=25 s: adição opcional de auxiliar de retenção terciário T=30 s: agitação parada e adição da quantidade de água necessária para obter 1 litro.
[00116] Esse litro de polpa é transferido para o Testador de Liberdade Padrão Canadense e o procedimento TAPPI T227om-99 é realizado.
[00117] O volume, expresso em ml, coletado pelo tubo lateral dá uma medida da desidratação gravitacional. Quanto maior esse valor, melhor a desidratação gravitacional. D) AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE DESIDRATAÇÃO POR DDA O DDA (Analisador de Drenagem Dinâmico(Dynamic Drainage Analyzer)) torna possível determinar automaticamente a quantidade de tempo (em segundos) necessária para drenar uma suspensão fibrosa sob vácuo. Os polímeros são adicionados à polpa molhada (0,6 litro de polpa em 1,0% em massa) no cilindro de DDA sob agitação em 1.000 rpm: T=0 s: agitação de polpa T=10 s: adição de auxiliar de retenção catiônico T=20 s: adição de auxiliar de retenção anforético T=25 s: adição opcional de auxiliar de retenção terciário T=30 s: agitação parada e desidratação sob vácuo em 20 kPa (200 mBar) por 70 s A pressão sob o fio é gravada como uma função de tempo. Quando toda a água é evacuada da trama fibrosa, o ar passa através da mesma provocando uma quebra na inclinação da curva que mostra a pressão sob o fio como uma função de tempo. O tempo, expresso em segundos, nessa quebra na inclinação, corresponde ao tempo de desidratação. Quanto menor o tempo, melhor a desidratação sob vácuo. E) DESEMPENHO DE RESISTÊNCIA DE RESISTÊNCIA A SECO (DSR), GRAMATURA 90 g.m-2
[00118] A quantidade de polpa necessária é amostrada de modo a obter uma folha com uma gramatura de 90 g.m-2.
[00119] A polpa molhada é introduzida na forma de amostra de papel dinâmica e é mantida sob agitação. Os vários componentes do sistema são injetados nessa polpa de acordo com a sequência predefinida. Em geral, é mantido um tempo de contato de 30 a 45 segundos entre cada adição de polímero.
[00120] As amostras de papel são produzidas com uma forma de amostra de papel automática: um mata-borrão e o fio de formação são colocados no jarro da forma de amostra de papel dinâmica antes de iniciar a rotação do jarro em 1.000 rev.min-1 e de construir a parede de água. A polpa tratada é distribuída sobre a parede de água para formar a folha fibrosa no fio de formação.
[00121] Uma vez que a água tenha sido drenada, a folha fibrosa é coletada, pressionada sob uma prensa que transmite 400 kPa (4 bars), então seca a 117°C. A folha obtida é condicionada de um dia para o outro em uma sala de temperatura e umidade controladas (50% de umidade relativa e 23°C). As propriedades de resistência a seco de todas as folhas obtidas por esse processo são então medidas.
[00122] A ruptura é medida com um medidor de ruptura Messmer Buchel M 405 de acordo com o padrão TAPPI T403 om-02. O resultado é expresso em kPa. O índice de ruptura, expresso em kPa.m2/g, é determinado dividindo-se esse valor pela gramatura da folha testada.
[00123] O comprimento de ruptura é medido na direção da máquina com um dispositivo de tração Testometric AX de acordo com o padrão TAPPI T494 om-01. O resultado é expresso em km.
[00124] Para ilustrar o fato de que o aumento em níveis de carga na folha, sem qualquer tratamento, é prejudicial para as propriedades mecânicas do papel obtido, uma série de folhas foi produzida com o uso de uma polpa em pH neutro, composta de 90% em massa de fibras branqueadas virgens longas e 10% em massa de fibras branqueadas virgens curtas, com quantidades diferentes de cargas adicionais.
[00125] Os níveis de cargas contidos nessas folhas bem como as propriedades mecânicas (índice de ruptura e comprimento de ruptura na direção da máquina) foram medidos.
[00126] Plotando-se o desempenho mecânico como uma função dos níveis de carga na folha, os gráficos nas Figuras 1 e 2 são obtidos.
[00127] A partir desses gráficos, fica perfeitamente claro que o aumento em níveis de carga em uma folha tem um efeito prejudicial, por diminuir fortemente as propriedades mecânicas da própria folha. EXEMPLO 1: COMBINAÇÃO, DA INVENÇÃO, ENTRE UM PRODUTO CATIÔNICO E UM PRODUTO ANFORÉTICO (EM UMA POLPA DE FIBRA VIRGEM). TABELA 1: PROPRIEDADES OBTIDAS NA PRESENÇA (INVENÇÃO) OU NÃO (PEÇA BRUTA) DE UM PRODUTO CATIÔNICO E DE UM PRODUTO ANFORÉTICO A “peça bruta” corresponde a um teste sem aditivo.
[00128] Combinando-se um produto de degradação Hofmann com um produto anforético na forma de um pó, como descrito na invenção, em várias dosagens, pode ser visto a partir da Tabela 1 que é possível, por um lado, melhorar drasticamente os desempenhos de retenção, de retenção de carga e de desidratação, e por outro lado, aumentar o nível de carga na folha sem afetar negativamente as características mecânicas da mesma (índice de ruptura e comprimento de ruptura).
[00129] Também é observado que não há efeitos inversos por aumentar as dosagens de C1 e B2 e que todas as propriedades melhoraram com as dosagens aplicadas, incluindo as características físicas do papel.
[00130] Claramente, a formação da folha não é afetada. EXEMPLO 2: COMBINAÇÃO, DA INVENÇÃO, ENTRE UM PRODUTO CATIÔNICO, UM PRODUTO ANFORÉTICO E UM PRODUTO ANIÔNICO (EM UMA POLPA DE FIBRA VIRGEM). TABELA 2: PROPRIEDADES OBTIDAS NA PRESENÇA (INVENÇÃO) OU NÃO (PEÇA BRUTA) DE UM PRODUTO CATIÔNICO, DE UM PRODUTO ANFORÉTICO E DE UM ANIÔNICO PRODUTO A “peça bruta” corresponde a um teste sem aditivo.
[00131] Com o sistema de três componentes descrito previamente na invenção, pode ser visto na Tabela 2 comportamento idêntico ao Exemplo 1. Além disso, os desempenhos de retenção, de retenção de carga e de desidratação são ainda melhores com o uso do auxiliar terciário, particularmente em dosagem baixa.
[00132] Os níveis de carga na folha são superiores sem, no entanto, comprometer as propriedades mecânicas.
[00133] O fato de que as características mecânicas da folha não são impactadas negativamente nas dosagens mais altas mostra claramente que a formação da folha não foi afetada.
[00134] O uso de bentonita como auxiliar de retenção aniônico terciário permite que altos níveis de desempenho de retenção, de retenção de carga e de desidratação sejam obtidos, comparados a um polímero orgânico aniônico. EXEMPLO 3: VARIAÇÃO DO COMPONENTE CATIÔNICO NOS DESEMPENHOS DE RETENÇÃO, DE RETENÇÃO DE CARGA E DE DESIDRATAÇÃO SOB VÁCUO (EM UMA POLPA DE FIBRA VIRGEM). TABELA 3: PROPRIEDADES OBTIDAS NA PRESENÇA (INVENÇÃO E CONTRAEXEMPLOS) OU (NÃO) DE PELO MENOS UM PRODUTO CATIÔNICO E UM PRODUTO ANFORÉTICO A “peça bruta” corresponde a um teste sem aditivo.
[00135] A partir do resultado na Tabela 3, pode ser visto que a combinação, descrita na invenção, dos vários produtos catiônicos de tipo C1 com o produto anforético B1 apresentam uma sinergia real e permitem que as propriedades de retenção, retenção de carga e desidratação sejam melhoradas de uma forma surpreendente.
[00136] Entretanto os melhores desempenhos são obtidos combinando- se um polímero catiônico contendo funções amina primárias com um polímero anforético.
[00137] Além disso, o uso de um coagulante mineral do tipo X1 (X1/B1 versus B1, ou X1/C1/B1 versus C1/B1) não oferece qualquer melhoria em termos de desempenhos de retenção, de retenção de carga ou de desidratação, o que claramente diferencia essa invenção da técnica anterior da BASF (US 8 926 797). EXEMPLO 4: VARIAÇÃO DA NATUREZA DO POLÍMERO ANFORÉTICO NOS DESEMPENHOS DE RETENÇÃO, DE RETENÇÃO DE CARGA E DE DESIDRATAÇÃO SOB VÁCUO (EM UMA POLPA DE FIBRA VIRGEM). TABELA 4: PROPRIEDADES OBTIDAS NA PRESENÇA (INVENÇÃO E CONTRAEXEMPLOS) OU NÃO (PEÇA BRUTA) DE UM PRODUTO CATIÔNICO E DE UM PRODUTO ANFORÉTICO. CE: contraexemplo, combinação não conforme com o processo da invenção. A “peça bruta” corresponde a um teste sem aditivo.
[00138] Aparece claramente na Tabela 4 que os produtos anforéticos obtidos por polimerização em gel, polimerização em suspensão, polimerização em emulsão inversa ou polimerização em dispersão são de real interesse em termos de desempenhos de retenção simultânea, de retenção de carga e de desidratação em relação aos produtos anforéticos obtidos por polimerização em solução usada na técnica anterior.
[00139] De fato, referindo-se aos produtos Z1 e Z2 (respectivamente os produtos anforéticos mostrados nos documentos da técnica anterior US 8.926.797 e US 2011/0155339) na Tabela 4, essa invenção mostra melhorias, em termos de desempenho, na ordem de 9 pontos para retenção, 35 pontos para retenção de carga e 9 segundos para desidratação sob vácuo. EXEMPLO 5: COMPARAÇÃO DO PROCESSO DA INVENÇÃO/ PROCESSOS DA TÉCNICA ANTERIOR EM DESEMPENHOS DE DESIDRATAÇÃO SOB VÁCUO (EM UMA POLPA DE FIBRA VIRGEM) TABELA 5: PROPRIEDADES OBTIDAS DE ACORDO COM A INVENÇÃO OU DE ACORDO COM A TÉCNICA ANTERIOR AA1: descrito no d ocumento US 8 926 797. AA2: descrito no documento US 2011/0155339. A “peça bruta” corresponde a um teste sem aditivo.
[00140] Na Tabela 5, pode ser visto claramente que os desempenhos de retenção, de retenção de carga e de desidratação apresentados pela combinação descrita na invenção são claramente melhores do que aqueles da técnica anterior. EXEMPLO 6: COMBINAÇÃO, DA INVENÇÃO, ENTRE UM PRODUTO CATIÔNICO E UM PRODUTO ANFORÉTICO (EM POLPA DE FIBRA DE CARTÃO RECICLADO). TABELA 6: PROPRIEDADES OBTIDAS DE ACORDO COM A INVENÇÃO OU NÃO (PEÇA BRUTA) A PARTIR DE UMA POLPA DE FIBRA RECICLADA A “peça bruta” corresponde a um teste sem aditivo.
[00141] De acordo com a Tabela 6, em uma polpa de cartão reciclado, é possível, por um lado, melhorar drasticamente os desempenhos de retenção, de retenção de carga e de desidratação, e, por outro lado, aumentar o nível de carga na folha sem afetar negativamente as características mecânicas da mesma (índice de ruptura e comprimento de ruptura).
[00142] Também é observado que os desempenhos desidratação, sejam medidos sob vácuo ou por gravidade estão nos casos dois mais melhorados.
[00143] Referindo-se ao Exemplo 1 (polpa de fibra virgem), pode ser concluído que os benefícios dessa invenção são válidos independentemente do tipo de fibras usado e dos papéis produzidos.
Claims (12)
1. Processo para fabricar uma folha de papel e/ou cartão a partir de uma suspensão fibrosa, de acordo com o qual, antes da formação da dita folha, são adicionados à suspensão fibrosa, em um ou mais pontos de injeção, pelo menos dois auxiliares de retenção respectivamente: (a) de 100 a 1.500 g.t-1 de papel e/ou cartão seco, de pelo menos um polímero catiônico orgânico solúvel em água P1 com uma cationicidade maior do que 2 meq.g-1; e, (b) de 100 a 1.500 g.t-1 de papel e/ou cartão seco, de pelo menos um polímero anforético solúvel em água P2 de pelo menos um monômero aniônico e de pelo menos um monômero catiônico; caracterizado pelo fato de que o polímero P2 é adicionado à suspensão fibrosa após dissolver, em solução aquosa, o polímero P2 obtido previamente por uma das seguintes técnicas de polimerização: - polimerização em gel, - polimerização em suspensão, - polimerização em emulsão inversa, - polimerização em dispersão, e em que o polímero P2 tem um fator F > 2, sendo que o dito fator F é definido pela fórmula: F=UL2 x [(100-A)/(100-C)] com UL: viscosidade Brookfield do polímero P2 em 0,1% em peso em uma solução aquosa 1M de NaCl, a 23°C, com um módulo UL e em 60 rev.min-1, A e C correspondem respectivamente às porcentagens molares dos monômeros aniônico e catiônico do polímero P2; o polímero P1 é selecionado a partir de: (i) polivinilaminas; e/ou, (ii) polietilenoiminas; e/ou, (iii) poliaminas; e/ou, (iv) poli(cloreto de dialildimetilamônio); e/ou, (v) poli(amidoamina-epihalohidrina).
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero P1 resulta a partir da reação de degradação conhecida como Hofmann, em solução aquosa, na presença de um hidróxido alcalino-terroso e/ou alcalino e um alcalino-terroso e/ou alcalino hipo- halogeneto, em um (co)polímero à base de pelo menos: - um monômero não iônico selecionado a partir do grupo que compreende acrilamida, metacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, T- butilacrilamida, octilacrilamida, - opcionalmente outro monômero contendo pelo menos uma ligação não saturada.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o polímero P1 é um (co)polímero de N- vinilformamida total ou parcialmente hidrolisado.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o polímero P1 é uma poliamina.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o polímero P1 é um poli(cloreto de dialildimetilamônio).
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o polímero P1 é um poli(amidoamina- epihalohidrina).
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o polímero P1 tem uma densidade de carga catiônica maior do que 4 meq.g-1.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o polímero P2 é um polímero de: a) pelo menos um monômero catiônico selecionado a partir do grupo que compreende acrilato de dimetilaminoetil (ADAME) quaternizado ou salificado, e/ou metacrilato de dimetilaminoetil (MADAME) quaternizado ou salificado, e/ou cloreto de dimetildialilamônio (DADMAC), e/ou cloreto de acrilamida propil-trimetil amônio (APTAC) e/ou cloreto de metacrilamida propil-trimetil amônio (MAPTAC), e/ou N-vinil formamida total ou parcialmente hidrolisada, b) pelo menos um monômero aniônico que tenha pelo menos uma função carboxílica, e/ou sulfônica, e/ou fosfórica, c) e/ou pelo menos um monômero de uma natureza não iônica, d) opcionalmente pelo menos um monômero com uma natureza zwitteriônica, e) opcionalmente pelo menos um monômero com uma natureza hidrofóbica, f) opcionalmente pelo menos um monômero contendo pelo menos duas ligações não saturadas.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o polímero P2 tem uma viscosidade Brookfield maior do que 2 cps.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão de massa entre o polímero P1 e o polímero P2 é entre 1/10 e 10/1.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que um auxiliar de retenção aniônico terciário selecionado a partir dos polímeros orgânicos e/ou micropartículas inorgânicas é adicionado à suspensão fibrosa.
12. Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o auxiliar de retenção aniônico terciário é introduzido na suspensão fibrosa em uma taxa de 20 a 2.500 g.t-1 de papel e/ou cartão seco.
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