BR112018070671B1

BR112018070671B1 - Método e sistema de tratamento para preparação de papel

Info

Publication number: BR112018070671B1
Application number: BR112018070671-0A
Authority: BR
Inventors: Josep Lluis Bisbal; Daniel Nuno Da Rita Santos; Matti Hietaniemi
Original assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2017-05-19
Publication date: 2022-09-20
Also published as: JP2019516876A; PT3246466T; EP3458646B1; PT3458646T; KR102455809B1; EP3246466A1; CN109154146B; EP3458646A1; WO2017198804A1; ES2667544T3; KR20190013703A; ES2901623T3; EP3246466B1; PL3246466T3; BR112018070671A2; US10767317B2; AU2017267267B2; US20190119857A1; AU2017267267A1; CA3024773C

Abstract

A presente invenção refere-se a um método e sistema de tratamento para preparação de papel ou folhas de superfície de uma placa de múltiplas camadas de uma suspensão de fibra onde pelo menos 90% em peso das fibras originam-se de processo de polpação química, processo de polpação quimiotermo mecânico e/ou processo de polpação de descarte de resíduo de escritório. A suspensão de fibra também compreende partículas minerais inorgânicas e amido catiônico. Um copolímero catiônico de acrilamida e monômeros catiônicos é incorporado à suspensão de fibra e foi permitido interagir por floculação com pelo menos alguns dos referidos componentes da suspensão de fibra. Um copolímero aniônico de acrilamida e mais do que 30% em mol de monômeros aniônicos é adicionado à suspensão de fibra, e suspensão de fibra é formada em uma teia de fibra e secagem da teia até uma secura de pelo menos 80%. Uma composição de superfície aquosa compreende aglutinante polimérico é aplicada na superfície da teia.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método e sistema de tratamento para preparar de papel de acordo com os preâmbulos de reivindicações independentes inclusas.

[002] O processo de fabricação de papel, bem como as propriedades de papel produzido podem ser melhorados por adição de várias químicas à suspensão de fibra antes da formação da teia de papel e/ou por adição de composições superficiais na teia de fibra formada. Por exemplo, químicas diferentes, que são adicionadas à suspensão de fibra antes da formação da teia de papel, são usadas para ajudar a retenção de partículas de carga à teia, bem como para melhorar a drenagem de água longe da teia. Entretanto, foi observado que apesar de adição(ões) química(s) a distribuição de carga na teia de papel for-mada pode ser não uniforme, ainda se a retenção de carga obtida possa ser boa. Distribuição de carga desigual pode levar a problemas no tratamento superficial subsequente ou deteriorar a qualidade ótica e/ou visual do papel produzido e/ou suas propriedades de impressão. Além disso, distribuição de carga desigual pode diminuir a resistência z-direcional, isto é ligação de Scott, do papel formado.

[003] Como as cargas minerais inorgânicas são matérias-primas geralmente mais baratas do que fibras há um interesse para aumentar a quantidade de cargas inorgânicas nas suspensões de fibra para preparação de papel ou papelão. Um dos desafios em aumentar o teor da carga no papel é evitar o polimento das partículas de carga inorgânica a partir de papel seco. Além disso, é difícil obter distribuição de carga uniforme e desse modo alta resistência a seco, tal como tração e ligação de Scott, quando o teor da carga em papel é aumentado.

[004] As propriedades do papel podem da mesma forma ser afe- tadas aplicando-se uma composição de superfície, tal como tamanho de superfície ou composição de revestimento, na superfície da teia de papel depois da secagem da teia. A composição de superfície aplicada muda as propriedades do papel, tal como sua porosidade ou resistência de superfície. Algumas vezes, entretanto, quantidades grandes de composição de superfície podem ser necessárias para obter a mudança desejada em uma ou várias propriedades. Isto pode ser processual e problemático economicamente inviável.

[005] O objetivo da presente invenção é minimizar ou ainda eliminar as desvantagens que existem na técnica anterior.

[006] Um objetivo da invenção é fornecer um método e sistema de tratamento com que a distribuição uniforme da carga na teia de papel é melhorada.

[007] Outro objetivo da invenção é fornecer um método e um sistema de tratamento que realça o efeito obtenível com uma composição de superfície.

[008] Um ainda outro objetivo da invenção é um método e um sistema de tratamento que fornece papel fina de alta qualidade, especialmente com teor de carga alto,

[009] Um outro objetivo da invenção é um método e um sistema de tratamento que reduz pó da teia de papel final.

[0010] Estes objetivos são atingidos com a invenção tendo as características apresentadas abaixo nas partes de caracterização das reivindicações independentes. Algumas modalidades preferíveis são descritas nas reivindicações dependentes. Todas as modalidades descritas e vantagens aplicam-se igualmente para o sistema de tratamento e o método de acordo com a presente invenção, quando aplicável, ainda se nem sempre explicitamente declarado assim.

[0011] Um método típico para preparação de papel ou folhas de superfície de uma placa de múltiplas camadas de uma suspensão de fibra, onde pelo menos 90% em peso de fibras originam-se do processo de polpação química, processo de polpação quimio-termo mecânico e/ou processo de polpação de descarte de resíduo de escritório, a suspensão de fibra também compreendendo partículas minerais inorgânicas e amido catiônico, o método compreende

[0012] - incorporar à suspensão de fibra um copolímero catiônico, formado de acrilamida e monômeros catiônicos, e permitindo interagir por floculação com pelo menos alguns dos componentes ditos da suspensão de fibra,

[0013] - adicionar à suspensão de fibra um copolímero aniônico, formado de acrilamida e mais do que 30% em mol de monômeros aniônicos,

[0014] - formar suspensão de fibra em uma teia de fibra e secar a teia até uma secura de pelo menos 80%, e

[0015] - aplicar uma composição de superfície aquosa compreen dendo aglutinante polimérico na superfície da teia.

[0016] Sistema de tratamento típico para preparação de papel ou folhas de superfície de uma placa de múltiplas camadas de uma suspensão de fibra, onde pelo menos 90% em peso das fibras originam- se de substância química, processo de polpação quimio-termo mecânico e/ou processo de polpação de descarte de resíduo de escritório, em que o sistema compreende

[0017] - um componente de suspensão que está incorporado na suspensão de fibra e que compreende pelo menos o seguinte

[0018] (a) amido catiônico, que está incorporado na suspensão de fibra

[0019] (b) um copolímero catiônico de acrilamida e monômeros catiônicos,

[0020] (c) um copolímero aniônico de acrilamida e mais de 30% em mol de monômeros aniônicos; e

[0021] - um componente de superfície, que é aplicado na superfí cie do papel e que compreende uma composição de superfície aquosa compreendendo um aglutinante polimérico.

[0022] Agora foi surpreendentemente constatado que se usando o sistema de tratamento de acordo com a presente invenção é possível produzir papel fino de alta qualidade, especialmente com teor de carga alto. Foi observado que as partículas de carga são mais uniformemente distribuídas sobre da seção cruzada da teia de papel, que melhora as propriedades óticas do papel final. Além disso, foi notada uma ligação realçada das partículas de carga ao papel básico, desse modo as partículas de carga localizadas na vizinhança da superfície de papel não tiram o pó. Desta maneira a formação de intervalos ou zonas desiguais na superfície de papel é evitada ou reduzida. A falta de reces-sos resulta em consumo mais baixo e até mesmo disseminação da composição de superfície. Isto significa que o desempenho da composição de superfície é melhorado claramente de forma que a mesma quantidade aplicada da composição de superfície fornece propriedades de resistência melhoradas ou uma quantidade mais baixa aplicada da composição de superfície fornece propriedades de resistência convencionais. Além disso, o pouco pó é benéfico nos processos de impressão e em cópia pois reduz problemas de equipamento e falhas durante processo de impressão/cópia e fornece qualidade de impres-são melhor.

[0023] Sem desejar ser ligado por qualquer teoria, é assumido que o copolímero aniônico de acrilamida, que possui anionicidade alta, fornece para interação melhorada com os componentes catiônicos presentes na suspensão de fibra. O amido catiônico na suspensão de fibra é ligado às fibras e/ou estabiliza a emulsão de tamanho interna opcional. O copolímero catiônico de acrilamida fornece para formação de flocos de carga homogênea com dimensões pequenas. Os flocos formados são relativamente pequenos que melhora sua ligação às fibras presentes em suspensão. É assumido que a ligação melhorada dos flocos de carga às fibras da mesma forma melhora a distribuição uniforme da carga bem como reduz pó do papel final. Os flocos podem ter um tamanho de floco médio em drenagem menor do que 60 μm, preferivelmente menor do que 40 μm, medido por medida de reflectân- cia de feixe focalizada. Foi observado que floculação de apenas partículas de carga juntas ou com finas não é necessariamente suficiente para obter distribuição de carga uniforme e ligação suficiente para prevenir o pó da carga. Agora foi constatado que os flocos de carga podem ser floculados e/ou ligados com fibras. A presente invenção desse modo fornece uma composição de suspensão, que permite interação boa entre o copolímero aniônico de acrilamida e os componentes ca- tiônicos, isto é, amido catiônico e copolímero catiônico de acrilamida. A interação pode ser realçada aperfeiçoando-se a quantidade dos grupos aniônicos, isto é, monômeros aniônicos, no copolímero aniônico de acrilamida. No geral a invenção fornece para carga melhorada, amido e/ou retenção de tamanho interna, formação de flocos homogêneos, bem como distribuição uniforme dos flocos retido e carga. A flo- culação controlada e ligação eficaz com fibras da mesma forma têm um efeito positivo em resistência e porosidade do papel formado, e desse modo para a redução de pó obtenível com a composição de superfície.

[0024] A suspensão de fibra da qual o papel é fabricado, pode compreender fibras lignocelulósicas das quais pelo menos 90% em peso, preferivelmente pelo menos 95% em peso, originam-se de processo de polpação químico e/ou processo de polpação quimio-termo mecânico (CTMP) e/ou processo de polpação de descarte de resíduo de escritório, calculado a partir da quantidade total de material de fibra na suspensão de fibra. Fibras de química ou polpação de CTMP são preferíveis, porque a quantidade de finos e/ou lixo aniônico na suspensão pode ser minimizada.

[0025] A suspensão de fibra também compreende partículas minerais inorgânicas. A quantidade de partículas minerais inorgânicas na suspensão de fibra é tal que fornece um teor de cinza de pelo menos 8% em peso, preferivelmente pelo menos 15% em peso, mais preferivelmente pelo menos 22% em peso. ISO 1762 padrão, temperatura 525 °C, é usado para medidas de teor de cinza. Part ículas minerais inorgânicas podem selecionadas do mesmo de carbonato de cálcio moído, carbonato de cálcio precipitado, talco, argila, dióxido de titânio ou qualquer mistura dos mesmos, carbonato de cálcio preferivelmente precipitado, talco, argila ou qualquer mistura dos mesmos, carbonato de cálcio preferivelmente precipitado. De acordo com uma modalidade preferida, partículas minerais compreendem carbonato de cálcio, preferivelmente carbonato de cálcio precipitado. Preferivelmente pelo menos uma parte das partículas inorgânicas na suspensão de fibra tem uma carga de superfície catiônica, que realça sua interação com polia- crilamida aniônica tendo carga aniônica relativamente alta.

[0026] Carbonato de cálcio precipitado é preferível para papel para impressão e/ou escrita por causa de sua opacidade, dispersão de luz, brilho e boas propriedades de impressão. Entretanto, foi conhecido que carga de carbonato de cálcio precipitada pode reduzir as propriedades de resistência de papel e tornar dimensionamento interno e/ou superficial mais desafiador. Estas desvantagens podem ser agora efetivamente reduzidas pelo sistema de tratamento de acordo com a presente invenção.

[0027] Pelo menos uma parte, ou todas, as partículas minerais inorgânicas podem ser adicionadas à suspensão de fibra como partículas de carga. Isto significa que a suspensão de fibra está livre de partículas de carga minerais antes de sua adição. Alternativamente todas, ou além disso pelo menos uma parte, das partículas minerais inorgânicas podem originar-se do bagaço, o qual é repolpado para obter a suspensão de fibra ou as partículas podem originar-se de processo de polpação de descarte de resíduo de escritório. Neste caso, as partículas de carga não são separadamente adicionadas a suspensão de fibra, porém estão inerentemente presentes a partir da polpação do bagaço. De acordo com uma modalidade preferível, uma parte das partículas de carga minerais é adicionada à suspensão de fibra e uma parte, tipicamente menor parte, origina-se de bagaço repolpado e/ou processo de polpação de descarte de resíduo de escritório.

[0028] Os componentes individuais de componente de suspensão, isto é, amido catiônico, copolímero catiônico de acrilamida, copolímero aniônico de acrilamida, que são mais intimamente descritos em seguida, podem preferivelmente ser adicionados ou incorporados na suspensão de fibra separadamente e individualmente um do outro e preferivelmente em locais de processos diferentes. Alternativamente, os componentes catiônicos de componente de suspensão, isto é, amido catiônico e copolímero catiônico de acrilamida, podem ser adicionados separadamente, porém simultaneamente no mesmo local de processo ou como uma mistura. Os componentes catiônicos são adicionados separadamente do componente aniônico, isto é, copolímero aniônico de acrilamida.

[0029] Em geral, o amido catiônico pode ser adicionado em quantidade de 1-20 kg/ton, preferivelmente 3-13 kg/ton, mais preferivelmente 5-10 kg/ton, e/ou copolímero catiônico de acrilamida pode ser adicionado em quantidade de 30-1000 g/ton, preferivelmente 100-500 g/ton, mais preferivelmente 150-250 g/ton, e/ou copolímero aniônico de acrilamida pode ser adicionado em quantidade de 20-500 g/ton, preferivelmente 30-100 g/ton, mais preferivelmente 50-75 g/ton. Foi observado que estas quantidades de adição fornecem efeito bom igualmente em consideração de distribuição de carga bem como de aplicação da composição de superfície. Por exemplo, quantidade maior de amido catiônico pode levar a drenagem reduzida.

[0030] No contexto presente todas as quantidades determinadas como kg/ton, referem-se a kg/ton de polpa, isto é, kg/ton de suspensão de fibra, calculadas a partir de fluxo de suspensão de fibra e consistência.

[0031] A suspensão de fibra compreende amido catiônico, que está preferivelmente incorporado na suspensão de fibra antes da incorporação ou adição do copolímero catiônico de acrilamida, que é descrito mais em detalhes posteriores no texto. O amido catiônico pode ser principalmente ou essencialmente incorporado na suspensão de fibra como tamanho interno. É especulado que o amido catiônico interage com as superfícies de fibra negativamente carregadas. Amido catiônico compreende grupos catiônicos, tal como grupos amônio qua- ternizados. Grau de substituição DS, indicando o número de grupos catiônicos no amido em média por unidade de glicose, pode estar na faixa de 0,025 - 0,05, preferivelmente na faixa de 0,03 - 0,04. Foi ob-servado que este grau de substituição fornece cationicidade que permite interação suficiente e adequada entre o amido catiônico e o copo- límero aniônico de acrilamida. Amido catiônico, que pode ser usado na invenção pode ser qualquer amido não degradado adequado, preferivelmente batata, milho ou amido de tapioca.

[0032] Além disso, um copolímero catiônico, que é formado de acrilamida e monômeros catiônicos é incorporado à suspensão de fibra, preferivelmente depois do amido catiônico. O copolímero catiônico é permitido interagir por floculação com pelo menos alguns dos componentes da suspensão de fibra, especialmente com as partículas de carga.

[0033] Os flocos formados são relativamente pequenos que me- lhora sua ligação às fibras presentes na suspensão. É assumido que a ligação melhorada dos flocos de carga às fibras melhora da mesma forma a distribuição uniforme da carga bem como reduz pó do papel final. Os flocos podem ter um tamanho de floco em drenagem menor do que 60 μm, preferivelmente menor do que 40 μm, medido por medida de refletância de feixe focalizada.

[0034] O copolímero catiônico de acrilamida pode ser um copolí- mero de acrilamida e pelo menos um monômero catiônico selecionado a partir de 2-(dimetillamino)etillacrilato (ADAM), cloreto de [2- (acriloiloxi)etill] trimetillamônio (ADAM-Cl), benzilcloreto de acrilato de 2-(dimetillamino)-etila, dimetilsulfato de acrilato de 2- (dimetillamino)etilla, metacrilato de 2-dimetillaminoetilla (MADAN), cloreto de [2-(metacriloiloxi)etill] trimetill-amônio (MADAN-Cl), dimetill sulfato de metacrilato de 2-dimetill-aminoetilla, cloreto de [3- (acriloilamino)propil] trimetillamônio (APTAC), e cloreto de [3- (metacriloilamino)propil] trimetillamônio (MAPTAC). Preferivelmente o monômero catiônico pode ser selecionado a partir de cloreto de [2- (acriloiloxi)etill] trimetillamônio (ADAM-Cl), cloreto de [3-(acriloilamino) propil] trimetill-amônio (APTAC), e cloreto de [3-(metacriloilamino) pro- pil] trimetill-amônio (MAPTAC). Mais preferivelmente o monômero ca- tiônico é cloreto de [2-(acriloiloxi)etill] trimetillamônio (ADAM-Cl).

[0035] O copolímero catiônico de acrilamida podem compreender pelo menos 4% em mol, preferivelmente 4-15% em mol, mais preferivelmente 5-11% em mol, ainda mais preferivelmente 7-10% em mol ou às vezes ainda mais preferivelmente 5-9% em mol, de unidades estruturais que se originam de monômeros catiônicos. A quantidade definida de monômero catiônico fornece o copolímero catiônico com uma boa afinidade aos outros componentes do sistema, tal como copolíme- ro aniônico, carga mineral ou as micropartículas de bentonita opcionais, e melhora sua retenção e distribuição na teia de fibra formada.

[0036] O copolímero catiônico de acrilamida é preferivelmente adicionado à suspensão de fibra depois da incorporação de amido catiô- nico à suspensão de fibra. Além disso, o copolímero catiônico de acri- lamida é preferivelmente adicionado à suspensão de fibra antes da adição de um copolímero aniônico de acrilamida e micropartículas de bentonita opcionais, descritas depois neste texto. Desta maneira o efeito intensificador de resistência de amido catiônico e o efeito de desidratação do copolímero aniônico de acrilamida e as micropartículas de bentonita opcionais podem ser aperfeiçoadas, bem como retenção de carga.

[0037] Um copolímero aniônico formado de acrilamida e mais do que 30% em mol de monômeros aniônicos é adicionado à suspensão de fibra, preferivelmente depois da adição do copolímero catiônico. O copolímero aniônico, que é adequado para uso na presente invenção compreende uma quantidade mais alta de unidades estruturais que se originam de monômeros aniônicos que convencional. É assumido que da mesma forma o copolímero aniônico realça a retenção de carga e possivelmente da mesma forma a retenção do amido catiônico para a teia de fibra, que é formada da suspensão de fibra.

[0038] O copolímero aniônico de acrilamida pode compreender mais do que 40% em mol ou pelo menos 50% em mol de unidades estruturais originam-se de monômeros aniônicos. Uma faixa preferida para a quantidade dos monômeros aniônicos é 45-70% em mol, mais preferido 50-65% em mol. A anionicidade que é desse modo obtido fornece interação eficaz com os componentes catiônicos do sistema de tratamento, tal como amido catiônico e/ou tamanho interno sintético opcional.

[0039] O copolímero aniônico de acrilamida pode ser um copolí- mero de acrilamida e pelo menos um ácido mono ou dicarboxílico insa- turado, tal como ácido acrílico, ácido maléico, ácido fumárico, ácido itacônico ou qualquer sal dos mesmos.

[0040] O copolímero aniônico de acrilamida pode ter uma viscosidade intrínseca na faixa de 1,3-15 dl/g. Viscosidade intrínseca é medida de uma maneira conhecida em 1N de NaCl e 20 mM de tampão de fosfato, pH 7,5, a 25 °C usando um viscômetro capil ar Ubbelohde. O capilar selecionado é apropriado, e nas medidas desta aplicação um viscômetro capilar Ubbelohde com constante K=0,005228 foi usado. A viscosidade intrínseca é assumida ao indicativo do peso molecular do polímero, ainda se possível reticulação pode influenciar a viscosidade intrínseca avaliada obtida. O peso molecular médio ponderado MW pode ser, por exemplo, 3 000 000 - 20 000 000 g/mol. Em geral, a viscosidade intrínseca como definido fornece vantagens em processo de fabricação de papel, isto é, boa drenagem e retenção de carga, bem como melhorias em propriedades de papel finais, tal como baixo valor de Cobb60 e baixa penetração dinâmica de água.

[0041] De acordo com uma modalidade da invenção o copolímero aniônico de acrilamida pode ter uma viscosidade intrínseca na faixa de 1,3-3,5 dl/g. Foi constatado que esta viscosidade intrínseca fornece efeito de dimensionamento aumentado quando o sistema de tratamento compreende um tamanho interno sintético, tal como anidrido alquil sucínico (ASA) ou dímero de alquil ceteno (AKD), especialmente ASA.

[0042] De acordo com outra modalidade da invenção o copolímero aniônico de acrilamida pode ter uma viscosidade intrínseca na faixa de 5-10 dl/g. Foi constatado que esta viscosidade intrínseca fornece o resistência de ligação de Scott aumentada, isto é, resistência interna, do papel final obtido.

[0043] A reologia do copolímero reticulado aniônico de acrilamida pode ser definida usando-se um de fator de amortecimento tan(δ), que descreve propriedades viscoelásticas de polímeros reticulados. Propriedades reológicas podem ser influenciadas pela reticulação, que afeta a estrutura tridimensional e desse modo o desempenho do copolímero aniônico de acrilamida. Tan(δ) é medido como segue: amostra de polímero é dissolvida em água desionizada, fornecendo uma concentração de 1,5% em peso. A amostra é misturada por rotação durante 2 h, depois disso é sonicada durante 15 min e permitida relaxar pelo menos durante a noite antes da análise reológica empregando um reôme- tro Anton Paar MCR 301 controlado por cepa equipado com geometria de placa-placa, 50 mm em diâmetro, com uma abertura de 1 mm. Volume de amostra é 4 ml para as medidas de modo de oscilação. A temperatura é controlada pela placa peltier do dispositivo e mantida em 20,0±0,1°C. A amplitude é escolhida em 0,5 mrad em base do comportamento da amostra durante uma varredura de amplitude. O fator de amortecimento da solução de polímero tan(δ) é obtido medindo-se uma varredura de frequência empregando o deslocamento angular acima de 0,5 mrad enquanto varrendo de 0,005 a 5 Hz com uma inclinação de 12 pontos de medida por década. O módulo elástico e de perda (G' e G”) é registrado e usado para calcular o fator de amortecimento de amostra de polímero como tan(δ). Tan(δ) é determinado em frequência de 0,02 Hz. Determinação de tan(δ) em frequência inferior não é adequada para este tipo de amostras de polímero como os resultados não são reproduzíveis em frequências mais baixas. De acordo com uma modalidade da invenção o copolímero aniônico de acrila- mida tem um valor de tan(δ) na faixa de 0,5-2,5, preferivelmente 0,81,8.

[0044] O copolímero aniônico de acrilamida pode ser um polímero de emulsão ou um polímero de dispersão, o polímero de emulsão sendo preferido. Atualmente acredita-se que o polímero de emulsão pode manter sua estrutura tridimensional na suspensão de fibra e fornecer interação mais eficaz com os vários componentes catiônicos do sistema de tratamento.

[0045] O copolímero aniônico de acrilamida pode ser um copolí- mero aniônico reticulado. O agente de reticulação usado pode ser um monômero polifuncional, tal como metillenobisacrilamida, dimetacrilato de polietillenoglicol, n-vinil acrilamida ou similar. A quantidade de agente de reticulação usado pode ser 2-1000 molar ppm com base em conteúdo de monômero inicial, preferivelmente 4-300 molar ppm, mais preferivelmente 12-250 molar ppm. É possível controlar a viscosidade intrínseca do copolímero aniônico por reticulação, como reticulação parece reduzir a viscosidade intrínseca do copolímero. A interação do copolímero aniônico com os outros componentes do sistema de tratamento e suspensão de fibra pode ser influenciada selecionando um grau adequado de reticulação. Uso de copolímero aniônico reticulado pode melhorar os valores de Cobb60 do papel final obtido.

[0046] Além disso, micropartículas de bentonita inorgânicas podem preferivelmente ser adicionadas à suspensão de fibra. Neste caso o componente de suspensão do sistema de tratamento compreende além disso os outros componentes da mesma forma micropartículas de bentonita inorgânicas. A adição de micropartículas de bentonita pode ser realizada simultaneamente, porém separadamente com o copo- límero aniônico de acrilamida, preferivelmente depois do último estágio de cisalhamento mecânico antes de uma caixa de entrada. Micropartí- culas de bentonita podem ser adicionadas em quantidade de 1,5-4 kg/ton, preferivelmente 2-3 kg/ton. Micropartículas de bentonita também melhoram a ligação de partículas de carga floculadas às fibras.

[0047] O componente de suspensão do sistema de tratamento pode também compreender um tamanho interno sintético estabilizado com um polímero catiônico, preferivelmente com amido catiônico. Isto significa que o amido catiônico do componente de suspensão que é adicionado separadamente à suspensão de fibra pode ser usado para estabilizar o tamanho interno sintético, ou alternativamente, o amido catiônico que é adicionado juntamente com o tamanho interno sintético para formas de propósitos de estabilização um componente no sistema de tratamento de acordo com a invenção. De acordo com uma modalidade preferível da invenção o tamanho interno sintético é estabilizado com amido catiônico e o amido catiônico é adicionado à suspensão de fibra juntamente com o tamanho interno sintético. O tamanho interno sintético pode ser anidrido alquil sucínico (ASA) ou dímero de alquil ceteno (AKD), ou qualquer mistura dos mesmos, preferivelmente ácido alquil sucínico (ASA). Dímero de alquil ceteno (AKD) pode compreender ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oléico ou qualquer mistura dos mesmos.

[0048] Depois da adição dos componentes do componente de suspensão do sistema de tratamento, isto é, amido catiônico, copolí- mero catiônico e copolímero aniônico, bem como o(s) componente(s) opcional(is), isto é, tamanho interno sintético e/ou micropartículas de bentonita, para a suspensão de fibra, a suspensão de fibra é formada em uma teia de fibra e a teia de fibra formada é secada em uma secura de pelo menos 80%. A secagem da teia é feita usando-se dispositivos de secagem convencionais, tal como cilindros aquecidos, secadores de ar, e similar.

[0049] Depois da secagem da teia de fibra, o componente de superfície do sistema de tratamento é aplicado na superfície da teia de papel. O componente de superfície compreende uma composição de superfície aquosa compreendendo um aglutinante polimérico. O aglutinante polimérico da composição de superfície pode ser um aglutinante polimérico sintético ou um aglutinante polimérico natural, tal como amido. O aglutinante polimérico sintético pode ser butadieno de estire- no ou acrilato de estireno. Foi constatado que a composição de superfície fornece um efeito sinergético quando usada como uma parte de um sistema de tratamento compreendendo os componentes de sus- pensão descritos acima.

[0050] A composição de superfície pode ser uma composição de tamanho de superfície. Composição de tamanho de superfície pode compreender amido degradado ou látex sintético como aglutinante po- limérico. A composição de tamanho de superfície pode ter um teor de sólidos de 5-15% em peso, preferivelmente 6-12% em peso. De acordo com uma modalidade preferível a composição de tamanho de superfície está livre de partículas de carga mineral inorgânicas. A composição de tamanho de superfície pode ser adicionada na superfície da teia de fibra em quantidade de 0,2-3 g/m2/lado, preferivelmente 0,42 g/m2/lado, mais preferivelmente 0,5-1,5 g/m2/ lado.

[0051] De acordo com outra modalidade da presente invenção a composição de superfície pode ser uma composição de revestimento compreendendo partículas minerais inorgânicas, preferivelmente partículas de carbonato de cálcio. O teor de sólidos da composição de revestimento pode ser 20-75 % em peso, preferivelmente 30-65% em peso. O aglutinante polimérico na composição de revestimento é preferivelmente um aglutinante polimérico sintético, por exemplo butadie- no de estireno ou acrilato de estireno.

[0052] Depois da aplicação da composição de superfície a teia de fibra é secada usando dispositivos de secagem convencionais, tais como secadores infravermelhos ou secadores a ar.

[0053] O sistema de tratamento de acordo com presente invenção é adequado para preparação de papel, preferivelmente papel fino de tamanho de superfície não revestido, ou camada de superfície de um papelão de camadas múltiplas. O sistema de tratamento de acordo com presente invenção é especialmente adequado para preparar papel fino para impressão e escrita. Gramagem no papel produzido pode ter 60 -200 g/m2, preferivelmente 65-150 g/m2, mais preferivelmente 70-95 g/m2. O sistema de tratamento melhora a operacionalidade e reduz o risco de quebras na teia, que é vantajoso ao produzir papel de baixa gramagem.

EXPERIMENTAL

[0054] Algumas modalidades da invenção são descritas nos seguintes exemplos não limitantes.

[0055] Químicas usadas nos Exemplos 1-3 são determinadas na Tabela 1. As químicas podem ser também diluídas antes da dosagem, por exemplo em 5 vezes, para melhorar mistura Tabela 1. Químicas usada nos Exemplos 1-3.

Exemplo 1

[0056] Polpa usada no Exemplo 1 para a suspensão de fibra foi polpa de caixa de mistura de uma fábrica de papel fino não revestido usando 90% polpa de kraft de madeira dura branqueada e 10% de polpa de kraft de madeira macia banqueada. 20% de dosagem seca de carbonato de cálcio precipitado PCC (definido na Tabela 1) foi adicionado à polpa de caixa de mistura. A suspensão de fibra final por exemplo 1 foi feita adicionando-se bastante água de diluição a esta polpa e mistura de PCC para alcançar uma consistência de 9,2 g/l. Água de diluição foi mistura de água branca e filtrado claro em relação de 50:50. Polpa e propriedades de água são apresentadas na Tabela 2. Tabela 2. Polpa e propriedades de água

[0057] Jarro de drenagem dinâmico DDJ (Paper Research Materials Inc.) foi usado para testar retenção. Velocidade de misturador em DDJ foi 1200 rpm. Tipo de arame foi 40M em DDJ. No momento da drenagem, a mangueira do filtrado foi aberta e consistência foi determinada para formar os primeiros 100 ml. Retenção foi calculada como 100%x(consistência de polpa de teste - consistência de filtra- do)/consistência de polpa teste.

[0058] Um Analisador de Drenagem Dinâmico, DDA, (AB Akribi Kemikonsulter, Suécia) foi usado para medir drenagem. Vácuo de DDA e agitador foram calibrados e ajustes necessários para as fixações foram feitos. DDA foi conectado a um computador para medir o tempo entre uma aplicação de vácuo e o ponto de quebra do vácuo. Uma mudança do vácuo expressa o tempo formando de uma teia de fibra úmida até que ar quebre através da teia espessa indicando o tempo de drenagem. Um limite de tempo de drenagem foi fixado em 30 segundos para as medidas.

[0059] Em medidas de drenagem, 500 ml da amostra de suspensão de fibra foi medido no jarro de reação. O teste de drenagem foi realizado misturando-se a suspensão de amostra com o agitador em 1200 rpm durante 40 segundos enquanto as químicas a ser testadas foram adicionadas em ordem pré-determinada. Tempos de adição de química teste são indicados na Tabela 3 como tempo negativo antes do início da drenagem. Teste de drenagem foi usando um arame com 0,25 mm de aberturas. Vácuo de 300 mbar durante 30 s depois que a drenagem foi usada. As folhas foram secadas em secadores a vácuo durante 10 minutos a 92 °C e a 1000 mbar. Antes de testar as folhas de DDA foi pré-condicionadas durante 24 h a 23 °C e m 50% de umidade relativa, de acordo com ISO 187. Valor de Cobb60 estava medido a partir das folhas de DDA com dispositivo de Cobb de 5 cm diâmetro. Medida de Cobb60 está com base em ISO 535 “Paper and boardDetermination of water absorptiveness- Cobb method”, medida com tempo de absorção de 60 s. Valor de Cobb60 é comparado a valor Cobb60 de teste 0 sem químicas (teste 23) para calcular redução.

[0060] Programa de teste para DDA e teste de DDJ é determinado na Tabela 3. Tempo é o tempo de dosagem de química antes do momento de drenagem. As dosagens químicas são determinadas em kg/ton seco. Tabela 3. Programa de teste para DDA e teste de DDJ.

[0061] Tabela 4 mostra o dimensionamento, drenagem e resulta- dos de retenção para sistemas de tratamento com base na invenção e para referências. APAM-CR1 e APAM-CR2 têm mais carga aniônica e eles produzirão pelo menos 89% de redução de Cobb60 com todas as dosagens 0,03, 0,06 e 0,09 kg/t onde produtos de referência APAM- CR0 e APAM-CR produzirão redução de Cobb60 requerida apenas com um nível de dosagem. Sistema inventado permite controlar nível de dosagem para drenagem e retenção. Tempo de drenagem curto e retenção alta são obtidos quando APAM for usado com CPAM. Tempo de drenagem e retenção são também melhorados quando bentonita é adicionada ao sistema. Tabela 4. Resultados de dimensionamento, drenagem e retenção.

Exemplo 2

[0062] Polpa de teste foi feita refinando-se 90% de polpa de ma- deira dura de eucalipto branqueada e 10% de polpa de kraft de pinheiro branqueada em Voith Sulzer laboratory refiner to Canadian Standard Freeness 370 ml. Depois de refinar a polpa foi diluída para obter suspensão de fibra tendo uma consistência de 5,07 g/l com água de torneira. A condutividade de água de torneira foi ajustada em 1175 μS/cm com CaCh x 2H2O 0,1g/l + Na2SO4. pH da suspensão de fibra foi 7. 9. Consistência foi medida de acordo com ISO 4119 e condutivi- dade com dispositivo Knick Portamess 911.

[0063] Toalhas de papel dinâmicas foram preparadas pelo equipamento de Techpap. Tambor foi operado com 1400 rpm, misturador para polpa 400 rpm, bomba de polpa 800 rpm/min, número de varreduras 100 e tempo de escorrimento foi 60 s. Folhas produzidas foram pressionadas em um rolo de prensagem Techpap em 6 bar entre os papeis absorventes e secas contidas em um secador de placa STFI, 8 minutos a 140°C.

[0064] Dosagens químicas, como secagem por kg/ton, para a suspensão de fibra são determinadas na Tabela 5.

[0065] Emulsão de ASA foi preparada misturando-se 2 partes de Amido2 a 1 parte de ASA com um misturador doméstico Osterizer equipado com um corpo de aço para formar uma emulsão estável durante 24 horas. ASA foi dosado à suspensão de fibra como emulsão. Dosagens de ASA ativas são determinadas na Tabela 5.

[0066] Quantidade de Amido2 na Tabela 5 é a soma de Amido2 incluída em emulsão de ASA e Amido2 adicionado separadamente. Tabela 5. Dosagens e tempos de dosagem de químicas no Exemplo 2.

[0067] Toalhas de papel dinâmicas foram dimensionadas por superfície. Composição de dimensionamento de superfície compreendeu:

[0068] - Amido não iônico degradado 96,2% como seco: película C* 07311 cozida em 16% de sólidos a 97°C durante 30 min;

[0069] - Agente de abrilhantador ótico 1,8% como produto: Neuco- blanc PSP por Igcar,

[0070] - Agente de dimensionamento 2,0% como produto: Impress 918 ST por Solenis;

[0071] - Água desionizada para diluir composição a 10% de sóli dos secos.

[0072] Tamanho de superfície foi aplicado nas toalhas de papel usando-se uma prensa de tamanho. Fabricante de prensa de tamanho: Werner Mathis AG, CH 8155 Niederhasli/Zürich; Modelo de imprensa de tamanho: HF 47693 Tipo 350; Velocidade de operação: 2 m/min; Pressão de operação: 1 bar; Temperatura de operação: 60 °C; Volume de solução de dimensionamento: 115 ml/test.

[0073] Secagem das folhas dimensionadas por superfície foi feito em tambor de secagem aquecido a vapor de feltro de um cilindro a 92°C durante 1 min. Encolhimento foi restringido em secador. Papel passou pelo secador uma vez. Cura por dimensionamento foi feita em forno: 105 °C, 15 min.

[0074] O aumento do tamanho de superfície foi determinado como aumento percentual de peso de base de ar condicionado de papel de base e papel dimensionado por superfície. Peso de base foi medido com Mettler Toledo de acordo com ISO 536.

[0075] Ligação interna de toalhas de papel dimensionadas por superfície foi medida usando-se o valor de Ligação de Scott de equipamento de Huygen de acordo com Tappi T 569.

[0076] Teor de cinza das toalhas de papel sem dimensionamento de superfície foi medido de acordo com ISO 1762, temperatura 525 °C, e índice elástico para as toalhas de papel sem superfície dimensionamento de superfície foi calculado de medida de resistência à tração de direção de máquina, de acordo com ISO 1924-3, indexada em peso de base de folha.

[0077] Resultados pelo exemplo 2 são apresentados na Tabela 6. Tabela 6. Propriedades de toalhas de papel (índice elástico, cinza da folha) e toalhas de papel dimensionadas por superfície (ligação de Scott, escolher para cima)

[0078] Pode ser visto a partir da Tabela 6 cujo copolímero aniônico de acrilamida (APAM) que foi adicionado à suspensão de fibra melhorou resistência à tração comparada a referências sem adição de APAM. Uso de APAM juntamente com micropartículas de bentonita melhorou resistência de ligação de Scott comparado a referência 2-1, compreendendo bentonita porém nenhum APAM. Adição de APAM sem bentonita (teste 2-8) melhorou resistência de ligação de Scott depois do dimensionamento de superfície comparado a referência 2-7. Uma dosagem mais alta de APAM aumentou retenção de cinza, que é indicada por teor de cinza de folha mais alto em teste 2-3 e teste 2-5. Viscosidade intrínseca mais alta de APAM (veja teste 2-4, 2-6) pode influenciar o tamanho de superfície pick-up. Além disso, APAMs pode influenciar a porosidade de folha e retenção de ASA, que também influência dimensionamento de superfície.

[0079] Imagens de SEM da seção transversal de folha foram empregadas a partir de toalhas de papel embebidas por resina feitas com uma abertura anterior de acordo com a receita de tamanho de superfície de Teste no 2-3 usando poliacrilamida reticulada aniônica APAM- CR2 (Figura 1a) e APAM-CR0 (Figura 1b). A partir da Figura 1a pode ser visto que a poliacrilamida reticulada aniônica APAM-CR2 fornece flocos, que são relativamente pequenos e o carga que é vista como branco na figura é bem distribuído ao longo da folha. A partir da Figura 1b pode ser visto que a poliacrilamida reticulada aniônica APAM-CR0 fornece flocos que são ligeiramente maiores, e a carga está mais con- centrada no centro da folha.

Exemplo 3

[0080] Toalhas de papel foram preparadas e tamanho de superfície da mesma maneira como no Exemplo 2. Dosagens e tempos de dosagem para preparação de toalha de papel são expresso na Tabela 7. As dosagens químicas são determinadas em kg/ton secas, exceto PCC, que é determinado % seco. Tabela 7. Dosagens e tempos de dosagem de químicas no Exemplo 3.

[0081] Testes de penetração PDA para medir as toalhas de papel em contato com água foram feitos com Surface & Sizing Tester Mütec EST 12 (Emtec GMbH Eletrônico), de acordo com instruções operacionais do equipamento. Transmitância foi registrada em 0,2 s.

[0082] Medida de Cobb60 estava baseado em ISO 535 “Papel e papelão - Determinação de absorvidade de água-método de Cobb”, medida com 60 s de tempo de absorção.

[0083] Ângulo de contato (FibroDat 1100, Goniometer PG3) foi determinado de acordo com Tappi T 558 om-97. Ângulo de contato foi registrado em 1 s.

[0084] Fluorescência foi medida com espectrofotômetro de El- repho de Lorenzen & Wettre de acordo com ISO 11475 com base em componente de fluorescência de CIE Whiteness D65 de lado de topo.

[0085] Resultados são apresentados na Tabela 8. Resultados são mostrados igualmente para amostras de toalha de papel de tamanho de superfície (de acordo com a invenção) e para amostras de toalha de papel sem dimensionamento de superfície (papel Básico) para mostrar que o efeito obtido origina-se não apenas a partir da aplicação de dimensionamento de superfície, porém da mesma forma a partir da adição das químicas de composição de suspensão para a suspensão de fibra. Pode ser visto que valor de Cobb60 é melhorado claramente depois do dimensionamento de superfície. Além disso, transmitância de PDA é melhorada por adição de micropartículas de bentonita e APAM-CR2 à suspensão de fibra e aplicação de um tamanho de superfície (Teste 3-3 vs. teste 3-1). Ângulo de contato de pelo menos 90 deg foi obtido para papel de dimensionamento de superfície em testes 3-3 e 3-6 até mesmo com baixa dosagem de ASA. Teste 3-3 geralmente indica bom desempenho de dimensionamento até mesmo com baixa dosagem de ASA e baixa dosagem de APAM reticulado IV. AKD fez bom dimensionamento interno com base em Cobb60, porém valor de PDA de papel dimensionado é inferior ainda quando pick-up é mais alto. Portanto ASA como tamanho interno pode ser preferível em algumas modalidades da invenção. Fluorescência é mais alta em testes 3-3 e 3-5 comparados para teste 3-4 bem como em teste 3-8 comparado ao teste 3-9. Isto indica que pick-up e fluorescência pode ser aumentada com APAM reticulado por IV baixo.

[0086] Ainda se a invenção foi descrita com referência aquela no momento parece ser o mais prático e modalidades preferidas, é apreciado que a invenção não será limitada às modalidades descritas acima, porém a invenção é pretendida abranger modificações diferentes e soluções técnicas equivalentes dentro do escopo das reivindicações inclusas. Tabela 8. Propriedades de toalhas de papel.

* Ponto de teste de referência sem copolímero aniônico de acrilamida

Claims

1. Método para preparação de papel ou folhas de superfície de uma placa de múltiplas camadas de uma suspensão de fibra, caracterizado pelo fato de que pelo menos 90% em peso das fibras originam-se de processo de polpação química, processo de polpação qui- mio-termo mecânico e/ou processo de polpação de descarte de resíduo de escritório, a suspensão de fibra também compreendendo partículas minerais inorgânicas e amido catiônico, - incorporar um copolímero catiônico de acrilamida e mo- nômeros catiônicos à suspensão de fibra e permitindo interagir por flo- culação com pelo menos alguns dos referidos componentes da suspensão de fibra, - adicionar um copolímero aniônico de acrilamida e mais do que 30% em mol de monômeros aniônicos para a suspensão de fibra, - formar suspensão de fibra em uma teia de fibra e secar a teia até uma secura de pelo menos 80%, e - aplicar uma composição de superfície aquosa compreendendo aglutinante polimérico na superfície da teia.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a quantidade de partículas minerais inorgânicas na suspensão de fibra fornece um teor de cinza de pelo menos 8% em peso, preferivelmente pelo menos 15% em peso, mais preferivelmente pelo menos 22% em peso.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as partículas minerais inorgânicas compreende- em carbonato de cálcio, carbonato de cálcio preferivelmente precipitado.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que, - adiciona amido catiônico em quantidade de 1-20 kg/ton, preferivelmente 3-13 kg/ton, mais preferivelmente 5-10 kg/ton, e/ou, - adiciona copolímero catiônico de acrilamida em quantidade de 30-1000 g/ton, preferivelmente 100-500 g/ton, mais preferivelmente 150-250 g/ton, e/ou, - adiciona copolímero aniônico de acrilamida em quantidade de 20-500 g/ton, preferivelmente 30-100 g/ton, mais preferivelmente 50-75 g/ton.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que incorpora amido catiônico, copo- límero catiônico de acrilamida e copolímero aniônico de acrilamida na suspensão de fibra separadamente e individualmente um do outro, preferivelmente em locais de processo diferentes.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que adiciona micropartículas de ben- tonita à suspensão de fibra, preferivelmente em quantidade de 1,5-4 kg/ton, preferivelmente 2-3 kg/ton.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que adiciona micropartículas de ben- tonita à suspensão de fibra simultaneamente porém separadamente com o copolímero aniônico de acrilamida, preferivelmente depois do último estágio de cisalhamento mecânico antes de uma caixa de entrada.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que adiciona copolímero catiônico de acrilamida à suspensão de fibra depois da incorporação de amido ca- tiônico e antes da adição de um copolímero aniônico de acrilamida e micropartículas de bentonita opcionais.

9. Sistema de tratamento para preparação de papel ou folhas de superfície de uma placa de multi-camadas de uma suspensão de fibra, onde pelo menos 90% em peso das fibras originam-se de substância química, processo de polpação quimio-termo mecânico e/ou processo de polpação de descarte de resíduo de escritório, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende - um componente de suspensão, que está incorporado na suspensão de fibra e que compreende pelo menos o seguinte (a) amido catiônico, que está incorporado na suspensão de fibra, (b) um copolímero catiônico de acrilamida e monômeros ca- tiônicos, (c) um copolímero aniônico de acrilamida e mais de 30% em mol de monômeros aniônicos; e - um componente de superfície, que é aplicado na superfície do papel e que compreende uma composição de superfície aquosa compreendendo um aglutinante polimérico.

10. Sistema de tratamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o copolímero catiônico de acrilamida é um copolímero de acrilamida e pelo menos um monômero catiônico selecionado a partir de 2-(dimetillamino)etilacrilato (ADAM), cloreto de [2-(acriloiloxi)etil] trimetilamônio (ADAM-Cl), benzilcloreto de acrilato de 2-(dimetilamino)etilla, dimetilsulfato de acrilato de 2-(dimetilamino)etila, metacrilato de 2-dimetilaminoetila (MADAN), cloreto de [2- (metacriloiloxi)etil]trimetilamônio (MADAN-Cl), dimetilsulfato de meta- crilato de 2-dimetilaminoetila, cloreto de [3-(acriloilamino)propil] trimeti- lamônio (APTAC) e cloreto de [3-(metacriloilamino)propil] trimetilamô- nio (MAPTAC).

11. Sistema de tratamento, de acordo com a reivindicação 9 ou 10 caracterizado pelo fato de que o copolímero catiônico é um co- polímero catiônico de acrilamida e pelo menos 4% em mol, mais preferivelmente 4-15% em mol, ainda mais preferivelmente 5-11% em mol, de monômeros catiônicos.

12. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o copo- límero aniônico de acrilamida compreende mais do que 40% em mol, preferivelmente 45-70% em mol, de monômeros aniônicos.

13. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o copolímero aniônico de acrilamida tem uma viscosidade intrínseca na faixa de 1,33,5 dl/g.

14. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, caracterizado pelo fato de que o copolímero aniônico de acrilamida tem uma viscosidade intrínseca na faixa de 510 dl/g.

15. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado pelo fato de que o copolímero aniônico de acrilamida tem um valor de tan(δ) na faixa de 0,5-2,5, preferivelmente 0,8-1,8.

16. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 15, caracterizado pelo fato de que o copolímero aniônico de acrilamida é copolímero aniônico reticulado.

17. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 16, caracterizado pelo fato de que o componente de suspensão compreende também um tamanho interno sintético estabilizado com um polímero catiônico, o tamanho interno sintético sendo preferivelmente anidrido alquil sucínico.

18. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 17, caracterizado pelo fato de que a composição de superfície é uma composição de tamanho de superfície compreendendo amido degradado como aglutinante polimérico.

19. Sistema de tratamento, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 18, caracterizado pelo fato de que a composição de suspensão também compreende micropartículas de bentonita.

20. Uso de um sistema de tratamento como definido em qualquer uma das reivindicações 9 a 19, caracterizado pelo fato de que é para preparação de papel ou papelão, preferivelmente papel de tamanho de superfície não revestida, ou folha de superfície de uma placa de múltiplas camadas.