BR112019005117B1 - Processo para produção de papel, papelão e cartolina - Google Patents

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Abstract

Um processo para a produção de papel, papelão e cartolina é divulgado. O processo compreende adicionar à extremidade úmida de uma máquina de papel (a) celulose microfibrilada e (b) um coaditivo. O coaditivo pode ser um ou mais de (1) um polímero catiônico de dispersão aquosa, (2) sílica coloidal, (3) argila de bentonita e (4) polímeros contendo vinilamina e suas combinações. A invenção refere-se ainda a um produto de papel produzido por esse processo.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] Esta invenção se refere ao desempenho melhorado de drenagem nos sistemas de fabricação de papel, por meio dos quais o desempenho de drenagem é aumentado através da adição de uma combinação de aditivos de extremidade úmida, em que um dos componentes do sistema é a celulose microfibrilada.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] O aumento do desempenho de drenagem de uma máquina de papel é um dos parâmetros mais críticos para os fabricantes de papel. A produtividade de uma máquina de papel é frequentemente determinada pela taxa de drenagem de água de uma pasta fluida de fibra de papel sobre uma grade de arame de formação. Especificamente, altos níveis de drenagem permitem que um fabricante de papel aumente a produtividade do moinho tanto em termos de área de papel produzido quanto em tonelagem de papel produzido, à medida que a máquina possa funcionar mais rápido, utilizar menos vapor para remover a água na extremidade seca das operações, ou permitir a fabricação de pesos de base mais pesados de papel. Devido à importância da drenagem na área de fabricação de papel, a técnica anterior está repleta de exemplos de sistemas auxiliares de drenagem.
[003] Sabe-se bem que a drenagem de uma pasta fluida de polpa pode ser intensificada pelo uso de micropolímeros sintéticos contendo acrilamida. Por exemplo, o WO 2003050152 divulga o uso de um micropolímero hidrofobicamente associativo que melhora significativamente o desempenho de drenagem.
[004] Sílica coloidal, especialmente em combinação de um aditivo catiônico tal como amido catiônico ou outros floculantes orgânicos tais como poliacrilamidas catiônicas ou aniônicas, é amplamente utilizada como um sistema de drenagem na indústria. Tais sistemas são exemplificados nas US 4.338.150 e US 5.185.206, e têm sido frequentemente melhorados ou modificados, como visto pela citação de literatura destes dois exemplos.
[005] A combinação tanto de micropolímeros quanto de materiais siliciosos tais como sílica coloidal ou argila bentonita também pode ser um sistema de drenagem eficaz. As US 5.167.766 e US 5.274.055 são ilustrações de um tal sistema.
[006] Diferentes graus de papel frequentemente possuem requisitos diferentes para que um sistema de drenagem seja eficaz. Graus reciclados em particular contêm grandes quantidades de contaminantes aniônicos que podem reduzir a eficácia de alguns dos sistemas de drenagem anteriormente mencionados. Sistemas de drenagem populares em categorias de papel reciclado incluem polímeros contendo vinilamina e dispersões de poliacrilamida catiônica. Alguns sistemas de drenagem poliméricos contendo vinilamina representativos incluem aqueles descritos na US 6.132.558, os quais incorporam bentonita e sílica, e na US 7.902.312. As dispersões de poliacrilamida catiônica são exemplificadas nas descrições das US 7.323.510 e US 5.938.937. Polímeros contendo vinilamina podem ser utilizados em combinação com dispersões de poliacrilamida catiônica como no US 2011/0155339.
[007] O uso de vários polímeros celulósicos modificados como auxiliares de drenagem inclui a descrição na US 6.602.994 relacionada com a fabricação e uso de éteres carboximetilcelulósicos microfibrilados (MF-CMC) para melhorar o desempenho de drenagem de uma pasta fluida de polpa.
[008] O US 2013/0180679 ilustra que uma variedade de celulósicos microfibrilados também pode melhorar a remoção de água quando combinada com um aditivo catiônico com um peso molecular menor que 10.000 Dáltons.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[009] Esta invenção se refere ao uso de celulose microfibrilada em combinação com certos coaditivos quando adicionado à extremidade úmida de uma máquina de papel. Estas combinações resultam em desempenho melhorado de drenagem na máquina de papel. Este desempenho melhorado na máquina de papel pode aumentar a produtividade de uma máquina de papel e reduzir a demanda de energia da extremidade seca da máquina de papel. As operações de fabricação de papel podem se tornar mais sustentáveis com o uso desta invenção.
[0010] É divulgado um processo para a produção de papel, papelão e cartolina, compreendendo adicionar na extremidade úmida de uma máquina de papel (a) celulose microfibrilada e (b) uma dispersão de coaditivo, em que o coaditivo pode compreender um ou mais de (1) um polímero catiônico de dispersão aquosa, (2) sílica coloidal, (3) argila bentonita e (4) polímero contendo vinilamina.
[0011] A celulose microfibrilada pode ter uma carga aniônica líquida.
[0012] O coaditivo pode ser um polímero catiônico de dispersão aquosa como descrito por Fischer et al. (US 7.323.510).
[0013] O coaditivo pode compreender sílica coloidal.
[0014] O coaditivo pode compreender argila bentonita.
[0015] O coaditivo pode compreender um polímero contend vinilamina.
[0016] A celulose microfibrilada e o coaditivo podem ser adicionados à pasta fluida de polpa em uma relação de 10:1 a 1:10, respectivamente, em uma quantidade de 0,01% a 0,25% em uma base de peso da polpa seca, com base nos sólidos ativos dos dois produtos.
[0017] Em uma modalidade preferida do processo, o coaditivo é um polímero catiônico de dispersão aquosa, a celulose microfibrilada e o coaditivo são adicionados a uma pasta fluida de polpa em uma relação de 5:1 a 1:2, em uma quantidade de 0,01% a 0,15% em peso da combinação dos sólidos dos dois produtos com base no peso da polpa seca.
[0018] Também é divulgado o produto de papel produzido pelo processo adicionar à extremidade úmida de uma máquina de papel (a) celulose microfibrilada e (b) um coaditivo, em que o coaditivo pode compreender um ou mais de (1) um polímero catiônico de dispersão aquosa, (2) sílica coloidal, (3) argila bentonita e (4) polímero contendo vinilamina.
[0019] Constatou-se que o uso de celulose microfibrilar em conjunto com certos outros coaditivos fornece uma melhora surpreendente de desempenho de drenagem. O uso de um ou mais coaditivos a partir de uma seleção que inclui bentonita, sílica coloidal, polímeros catiônicos de dispersão, ou polímeros contendo vinilamina demonstrou produzir este resultado inesperado.
[0020] A celulose microfibrilar foi bem descrita na literatura. Através do uso de celulose de diversas fontes tais como polpa de madeira ou fiapos de algodão e aplicação de uma quantidade significativa de cisalhamento a uma suspensão aquosa da celulose, algumas das partes cristalinas da estrutura de fibra celulósica são fibriladas.
[0021] Alguns dos métodos conhecidos para produzir tal fibrilação incluem moagem, aplicação de energia sonora e homogeneização. Destes métodos, a homogeneização é a mais prática para uso em um local de fabricação ou em um moinho de papel, visto que requer a menor quantidade de energia.
[0022] A fonte de fibra da celulose também possui um grande impacto sobre a suscetibilidade da fibra de celulose a ser fibrilada e sobre a estabilidade da dispersão de celulose microfibrilada. A polpa de madeira e os fiapos de algodão são preferidos como a fonte primária de celulose. Mais preferivelmente, os fiapos de algodão são a fonte primária de celulose. Sem desejar ser limitado pela teoria, os fiapos de algodão geralmente contêm uma maior pureza e maior peso molecular de celulose na fibra, e estes fatores tornam a celulose derivada de fiapos de algodão mais suscetíveis às forças de cisalhamento aplicadas. A celulose derivada da polpa de madeira também pode ser aceitável na formação de uma dispersão de celulose microfibrilar, mas é preferível que a polpa de madeira seja submetida ao processo de polpação kraft para remover lignina e outras impurezas prejudiciais ao processo de cisalhamento. Além do mais, é preferível que a polpa de madeira seja derivada de árvores de madeira macia, as fibras de madeira macia são geralmente de um peso molecular mais elevado. Sem querer estar limitado pela teoria, a polpa derivada de espécies de madeira rija e especialmente a polpa reciclada possuem fibras que são mais curtas e desse modo são geralmente de um peso molecular mais baixo que não irá gerar uma suspensão microfibrilada estável quando submetida ao cisalhamento.
[0023] As fibras celulósicas podem ser derivadas para dar a fibra uma carga geral. Sem desejar ser limitado pela teoria, a celulose que foi derivada para dar uma carga total, quer catiônica quer aniônica, requer menos energia para cisalhamento e é assim mais suscetível à microfibrilação, quando a repulsão eletrostática entre os componentes similarmente carregados em uma dada fibra cria interrupções na cristalinidade daquelas partes da fibra.
[0024] Uma carga catiônica é mais facilmente gerada através do tratamento de uma fibra celulósica com um reagente catiônico reativo. Reagentes catiônicos reativos podem incluir cloreto de 2-dimetilamino etila, cloreto de 2-dietilamino etila, cloreto de 3-dimetilamino propila, cloreto de 3-dietilamino propila, cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropil trimetilamônio; mais preferivelmente cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropil trimetilamônio.
[0025] Uma carga aniônica é facilmente gerada através da oxidação direta de celulose. Esta oxidação geralmente ocorre na posição C-6 da unidade de B-anidroglicose de um polímero celulósico. Estes agentes oxidantes podem ser solúveis em água ou em solventes orgânicos, mais preferivelmente em água. Agentes oxidantes que podem ser úteis incluem N-óxidos tais como TEMPO ou outros. Tal oxidação direta pode ser preferível pelo fato de que a celulose aniônica pode ser eficientemente produzida.
[0026] Carga aniônica também pode ser gerada pela reação de uma suspensão de celulose com tais agentes de derivatização tais como ácido cloroacético, ácido dicloroacético, ácido bromoacético, ácido dibromoacético, assim como seus sais. O ácido cloroacético é o agente de derivatização aniônico preferível. Métodos para a produção de tal celulose carboximetilada (CMC) são descritos na literatura como na US 6.602.994 e são aqui incorporados por referência.
[0027] O grau de derivação da celulose é um fator crítico em sua capacidade de formar uma dispersão microfibrilada estável. O grau de funcionalização da celulose é referido como o grau de substituição (DS) e é descrito pelo número médio de funcionalizações por unidade de B-anidroglicose de uma cadeia de celulose. Os métodos para a sua determinação também são descritos na US 6.602.994. O DS da celulose útil na presente invenção está na faixa de 0,02 a 0,50, ou de 0,03 a 0,50, mais preferivelmente de 0,03 a 0,40, ou de 0,05 a 0,40, ou de 0,05 a 0,35 ou de 0,10 a 0,35. Sem desejar ser limitado pela teoria, um valor de DS abaixo desta faixa fornece densidade insuficiente de funcionalização para aumentar a suscetibilidade da celulose ao cisalhamento. Por outro lado, um valor de DS acima desta faixa torna a celulose na maior parte ou inteiramente solúvel em água, e assim uma dispersão microfibrilada não pode ser efetuada visto que o material é solúvel em água. A celulose com um DS acima deste ponto não é eficaz na geração de desempenho de drenagem como descrito por esta invenção.
[0028] Na etapa de derivação da celulose, pode ser eficaz tratar a celulose com uma base, tal como hidróxido de sódio, antes da adição do agente de derivação. Sem querer estar limitado pela teoria, o tratamento da celulose com uma base faz com que os feixes de fibra intumesçam. Isto por sua vez expõe partes da fibra que podem ser funcionalizadas. O tempo, a temperatura e a quantidade de base utilizada podem afetar totalmente a funcionalização e a subsequente suscetibilidade da celulose ao cisalhamento.
[0029] A suspensão de micropartículas utilizada em conjunto com a celulose microfibrilar é de grande importância. Observa-se que a dispersão de micropartículas é mais eficaz se ela compreender pelo menos um de (1) sílica coloidal, (2) bentonita, polímero de dispersão catiônico ou (4) polímero contendo vinilamina.
[0030] A sílica coloidal tem sido por muito tempo reconhecida como um auxiliar de drenagem eficaz quando utilizada em conjunto com um agente catiônico tal como amido catiônico. De fato, o uso de sílica coloidal em conjunto com amido catiônico quanto primeiro relatado na patente US 4.388.150 permanece um dos sistemas mais populares de drenagem e retenção utilizados na fabricação de papel no momento atual. Os métodos de produção de sílica coloidal e algumas das melhoras mais recentes na sua produção e estrutura são conhecidos na técnica anterior, tais como a US 6.893.538 e 7.691.234. Tais dispersões de sílica coloidal podem ser úteis na presente invenção.
[0031] Argila bentonita também é útil na presente invenção quando utilizada em conjunto com a celulose microfibrilar. Propriedades características da argila bentonita tais como são úteis para sistemas de retenção e drenagem e fabricação de papel, podem ser encontradas na técnica anterior, tal como o US 2006/0142429.
[0032] Polímeros catiônicos de dispersão aquosa são um coaditivo preferido útil na presente invenção. As dispersões úteis assim chamadas "água-em-água" foram descritas na técnica anterior, como em Fischer et al. (US 7.323.510) assim como os pedidos de patente recentes de Brungardt et al., (US 2011/0155339) e McKay et al. (US 2012/0186764). Estas dispersões não contêm altos níveis de sal inorgânico e são, portanto, distintas das dispersões de salmoura. Na medida em que um sal é utilizado na fabricação da dispersão polimérica de água-em-água, o sal é adicionado em quantidades menores do que 2,0% em peso, de preferência em quantidades entre 0,5 e 1,5% em peso, referidas como dispersão total. Neste contexto, as quantidades de ácido solúvel em água adicionado e sal solúvel em água possivelmente adicionado devem, de preferência, ser menores do que 3,5% em peso, referido como dispersão total.
[0033] Polímeros catiônicos de dispersão aquosa, em que a dispersão possui um alto teor de sal inorgânico, também são úteis na presente invenção, tal como aqueles divulgados na Patente US 5.938.937, por exemplo. Tais dispersões são comumente referidas como "dispersões de salmoura". A técnica anterior referida na Patente US 5.938.937, assim como a técnica que se refere à patente US 5.938.937, ensina que várias combinações de polímeros de dispersão altamente catiônicos de baixo peso molecular e teor de sal inorgânico elevado podem ser eficazes na produção de um polímero catiônico de dispersão aquosa. Tais dispersões também seriam úteis na presente invenção. No entanto, o alto teor de sal inorgânico destes produtos aumenta a condutividade nos sistemas de fabricação de papel com circuitos fechados de água. Visto que estes sais inorgânicos não são retidos no papel e em vez disso são recirculados na água branca, a condutividade aumenta gradualmente. Quando a condutividade aumenta, é bem sabido que a eficácia de muitos produtos químicos diminui. Sem querer estar limitado pela teoria, o uso de tais dispersões de salmoura ao longo do tempo exigirá a adição de quantidades significativas de água doce, reduzindo assim a sustentabilidade das operações de fabricação de papel.
[0034] Também destaca-se a composição dos polímeros catiônicos de dispersão aquosa "água-em-água" preferidos. Como divulgado na técnica anterior de referência, um polímero desse tipo é composto geralmente de dois polímeros diferentes: (1) um polímero dispersante altamente catiônico de um peso molecular relativamente mais baixo ("polímero dispersante") e (2) um polímero catiônico de um peso molecular relativamente mais elevado que forma a fase distinta de partículas quando sintetizado sob condições particulares ("fase distinta"). De preferência, o polímero catiônico de um peso relativamente mais elevado é um copolímero de poliacrilamida catiônico. O polímero dispersante do polímero catiônico de dispersão aquosa é mais eficaz quando produzido como um homopolímero de um monômero catiônico. O peso molecular médio, Mw do polímero dispersante (baixo peso molecular) está na faixa de 10.000 a 150.000 Dáltons, mais preferivelmente de 20.000 a 100.000 Dáltons, o mais preferível de 30.000 a 80.000 Dáltons. Estes polímeros catiônicos de dispersão aquosa podem ter pesos moleculares de 300.000 Dáltons a 1.500.000 Dáltons, ou de 400.000 Dáltons a menos do que 1.250.000 Dáltons, enquanto se mantém um teor de sólidos de polímero de 10% a 50% em uma base de peso. Sem desejar ser limitado pela teoria, um peso molecular abaixo destas faixas cria um impacto negativo mais significativo sobre o desempenho de drenagem do produto final. Além disso, polímeros dispersantes (baixo peso molecular) com um peso molecular abaixo de 10.000 Dáltons (tais como aqueles utilizados em conjunto com a celulose microfibrilada conforme descrito no US 2013/0180679) não devem ser muito retidos. Não apenas a má retenção de uma tal entidade molecular baixa pode provocar problemas de condutividade similares como as dispersões de salmoura descritas acima, mas tais polímeros catiônicos, se não retidos, apresentam problemas potenciais para a ecologia, já que são conhecidos por serem prejudiciais à vida aquática e marinha. Se retidos no papel, tais polímeros de baixo peso molecular podem entrar em contato e migrar para dentro das substâncias aquosa e graxas tais como alimentos, onde elas podem apresentar riscos de saúde aos seres humanos, especialmente quando utilizados em categorias de papel de embalagem. Assim, o uso de polímeros catiônicos de baixo peso molecular (conforme descrito no US2013/0180679) quando utilizados em conjunto com a celulose microfibrilada pode afetar negativamente a sustentabilidade das operações de fabricação de papel.
[0035] Um método para estimar o tamanho do polímero catiônico do tipo dispersão aquosa em solução é através da viscosidade específica reduzida (RSV). Valores maiores de RSV indicam maior tamanho molecular em solução e são medidos em uma base de sólidos de polímero. O maior tamanho do polímero catiônico do tipo dispersão aquosa em solução leva a um melhor desempenho quando utilizado como um coaditivo na presente invenção. Um polímero catiônico do tipo dispersão aquosa da presente invenção possui um valor de RSV maior do que 3,0 dL/g, mais preferivelmente maior do que 4,0 dL/g, o mais preferível maior do que 5,0 dL/g.
[0036] Polímeros contendo vinilamina são conhecidos na técnica anterior. Exemplos de polímeros contendo vinilamina úteis são descritos no US 2011/0155339 que é aqui incorporada por referência.
[0037] O polímero contendo vinilamina pode ter um peso molecular de 75.000 Dáltons a 750.000 Dáltons, mais preferivelmente de 100.000 Dáltons a 600.000 Dáltons, o mais preferível de 150.000 Dáltons a 500.000 Dáltons. O peso molecular pode ser de 150.000 Dáltons a 400.000 Dáltons. Um polímero contendo vinilamina em solução aquosa acima de 750.000 Dáltons é tipicamente produzido em altas viscosidades de modo a tornar a manipulação do produto extremamente difícil, ou, alternativamente, é produzido em tais sólidos de polímero de baixo teor de produto de modo a tornar o produto não eficaz em custo para armazenar e expedir.
[0038] O polímero contendo vinilamina pode ser um homopolímero de N-vinilformamida que foi completa ou parcialmente hidrolisado em vinilamina. De preferência, o polímero contendo vinilamina possui uma carga de N-vinilformamida de pelo menos 50% a 100%, de preferência de 75 a 100%, com uma faixa de hidrólise de 30% a 100% ou de 50 a 100% ou de 30 a 75%.
[0039] A porcentagem de sólidos de polímero ativo das faixas de polímero contendo vinilamina de 5% a 30%, mais preferivelmente de 8% a 20% em peso do teor total de produto polimérico contendo vinilamina. Abaixo de 5% de sólidos de polímero ativo, polímeros de solução aquosa de alto peso molecular podem ser possíveis, mas o produto se torna ineficaz com relação à expedição e custos de transporte quando são registrados contabilmente. Por outro lado, quando os sólidos de polímero ativo se elevam, o peso molecular do polímero deve diminuir por toda a parte de modo que a solução aquosa ainda seja facilmente bombeável.
[0040] O desempenho do polímero contendo vinilamina é influenciado pela quantidade de amina primária presente no produto. O componente de vinilamina é tipicamente gerado por hidrólise ácida ou básica de grupos de N-vinilacrilamida, tais como N-vinilformamida, N- vinilacetamida ou N-vinil propionamida, o mais preferível N- vinilformamida. Após a hidrólise, pelo menos 10% da N-vinilformamida originalmente incorporada no polímero resultante deve ser hidrolisado. Sem desejar ser limitado pela teoria, o grupo de N-vinilformamida hidrolisado pode existir em várias estruturas no produto polimérico final tais como estruturas de amina, amidina, guanidina ou amida primárias ou substituídas, cada uma na forma de cadeia aberta ou cíclica após a hidrólise.
[0041] A celulose microfibrilada e o coaditivo devem ser adicionados na extremidade úmida da máquina de papel para conseguir melhora do desempenho de drenagem. Auxiliares de retenção e drenagem são tipicamente adicionados próximos à seção de formação de uma máquina de papel, mais frequentemente quando a matéria-prima de polpa está em seu nível mais diluído, conhecido como a matéria-prima fina. A celulose microfibrilada e o coaditivo são adicionados em uma relação de celulose microfibrilada para coaditivo de 1:10 a 10:1, mais preferivelmente de 1:5 a 5:1, o mais preferível de 1:5 a 2:1.
[0042] A quantidade total de polímero (coaditivos acrescidos de celulose microfibrilada) adicionada à máquina de papel está na faixa de 0,025% a 0,5%, mais preferivelmente de 0,025% a 0,3% em peso, com base no peso da polpa seca.
[0043] A presente invenção é sensível à variação do tipo e qualidade do suprimento de polpa. Uma pessoa versada na técnica sabe que um suprimento típico para folha livre alcalina utilizada para aplicações de impressão e escrita geralmente possui uma carga aniônica relativamente pequena quando comparada com o suprimento reciclado utilizado para um produto de papel de embalagem. O suprimento de folha livre alcalina contém fibras com poucos contaminantes tais como lixo aniônico, lignina, matérias pegajosas, etc. que comumente possui uma carga aniônica, enquanto que o suprimento reciclado habitualmente contém quantidades significativas destes mesmos contaminantes. Portanto, um suprimento reciclado pode acomodar maiores quantidades de aditivos catiônicos para acentuar o desempenho do processo de fabricação de papel e do próprio produto de papel em relação ao suprimento de folha livre alcalina. Assim, a modalidade mais útil desta invenção pode depender de tais fatores críticos da fabricação de papel como a qualidade do suprimento e produto final.
[0044] Sem querer estar limitado pela teoria, um sistema de dois componentes que consiste em celulose microfibrilada e utiliza coaditivos tais como micropartículas inorgânicas anionicamente carregadas tais como sílica ou bentonita com apenas pequenas quantidades, ou na ausência de coaditivos catiônicos, pode ser preferido nas aplicações com um suprimento de polpa com pouca carga aniônica. Inversamente, um sistema de dois componentes que consiste em celulose microfibrilada e coaditivos cationicamente carregados tais como polímeros catiônicos do tipo dispersão aquosa ou polímeros contendo vinilamina com ou sem coaditivos adicionais tais como sílica coloidal ou bentonita, pode ser preferido em aplicações com um suprimento de polpa com maior carga aniônica. EXEMPLOS
[0045] O termo ativo define a quantidade de sólidos na composição que está sendo utilizada. Por exemplo, o auxiliar de resistência Hercobond™ 6350 (12,7% de ativos) é um polímero contendo vinilamina, em que a composição contém 12,7% de polímero contendo vinilamina.
[0046] Um método para a avaliação do desempenho do processo de drenagem é o teste de drenagem a vácuo (VDT). A configuração do dispositivo é similar ao teste de funil de Buchner como descrito em vários livros de referência de filtração, por exemplo, ver Perry's Chemical Engineers' Handbook, 7th edition, (McGraw-Hill, New York, 1999) pp. 18-78. O VDT consiste em um funil de filtro de Gelman magnético de 300 mL, um cilindro graduado de 250 mL, um disjuntor rápido, um sifão de água e uma bomba a vácuo com um manômetro e regulador de vácuo. O teste de VDT foi conduzido pelo primeiro ajuste do vácuo para 10 polegadas de Hg, e colocação do funil de forma apropriada no cilindro. Logo depois, 250 g de matéria-prima de papel a 0,5% em peso foram carregados em um béquer e depois os aditivos requeridos de acordo com o programa de tratamento (por exemplo, amido, polímero contendo vinilamina, polímero contendo acrilamida, floculantes) foram adicionados à matéria-prima sob a agitação fornecida por um misturador suspenso. A matéria-prima foi então despejada no funil de filtro e a bomba a vácuo foi ligada enquanto simultaneamente se inicia um cronômetro. A eficácia de drenagem é relatada como o tempo necessário para obter 230 mL de filtrado. De acordo com os parâmetros do teste, menores tempos de drenagem indicam melhor desempenho de drenagem. Estes dados brutos foram normalizados para o desempenho de drenagem sem os aditivos (isto é, "não tratado") utilizando a seguinte conexão: 100*(1+((tnão tratado- ttratado)/tnão tratado) em que tnão tratado representa o tempo de drenagem de um sistema sem os aditivos de interesse, e ttratado representa o tempo de drenagem de um sistema com os aditivos de interesse. Como tal, o ttratado sempre possui uma pontuação de 100 independentemente de seu tempo de drenagem, e um sistema com uma pontuação maior do que 100 indica um desempenho de drenagem melhorado, e uma pontuação abaixo de 100 indica desempenho de drenagem diminuído em relação ao nível de referência não tratado.
[0047] A polpa para os estudos de drenagem variou dependendo dos sistemas de fabricação de papel que estavam sendo modelados. O suprimento A é uma mistura de polpa Kraft branqueada de madeira rija:polpa Kraft branqueada de madeira macia 70:30 refinada em 400 Canadian Standard Freeness (CSF). O suprimento B é a polpa média reciclada refinada em 400 CSF.
[0048] Produtos químicos para os estudos de drenagem são conforme indicado abaixo. Produtos químicos foram adicionados em uma base de sólidos ativos em relação à polpa seca. O auxiliar de drenagem PerForm™ PC8713 (100% de ativos) está disponível da Solenis LLC (Wilmington, Delaware). O auxiliar de drenagem PerForm™ PC8138 está disponível da Solenis LLC (Wilmington, Delaware). O auxiliar de drenagem PerForm™ PM9025 é a sílica coloidal disponível da Solenis LLC (Wilmington, Delaware). A bentonita H é a bentonita disponível da Byk/Khemie (Besel, Germany). CMC7MT é a carboximetilcelulose totalmente solúvel em água disponível da Ashland Specialty Ingredients (100% de ativos). O auxiliar de resistência Hercobond™ 6350 (12,7% de ativos) é um polímero contendo vinilamina disponível da Solenis LLC (Wilmington, Delaware). Stalon 400 (100% de ativos) está disponível da Tate and Lyle (London, UK). O aditivo A (1% de ativos) é uma pasta fluida de celulose microfibrilada com um DS entre 0,10 e 0,30 que foi fibrilado (exceto onde indicado) por passar uma vez através de um microfluidificador. O aditivo B (40% de ativos) é um polímero catiônico de dispersão contendo acrilamida com uma viscosidade específica reduzida entre 5,0 e 12,0.
EXEMPLO 1
[0049] A Tabela 1 mostra o teste de drenagem utilizando o Suprimento A. StaLok 400 (0,05%), sulfato de alumínio (0,025%) e auxiliar de drenagem PerForm™ PC 8138 (0,02% em uma base de ativos versus polpa seca) foram adicionados a todas as entradas antes dos outros aditivos.Tabela 1. Desempenho de Drenagem da Celulose Microfibrilada com Micropartículas Inorgânicas
Figure img0001
[0050] A Tabela 1 indica que a adição de Aditivo A conjuntamente com bentonita ou sílica fornece maior desempenho de drenagem do que o que pode ser obtido por simplesmente aumentar a dosagem da micropartícula inorgânica (comparar a Entrada 6 com a Entrada 5, ou a Entrada 11 com a Entrada 10). Esta tabela também indica os efeitos inesperados de mistura do Aditivo A com a partícula inorgânica. Esperam-se que as entradas 6 a 8 apresentem um desempenho de drenagem idêntico, assim como foram as Entradas 11 a 13.
EXEMPLO COMPARATIVO 2
[0051] A Tabela 2 mostra o teste de drenagem utilizando o Suprimento B. Sulfato de alumínio (0,5% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado antes dos aditivos de interesse. PerForm™ PC 8713 (0,0125% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado a todas as entradas após os aditivos de interesse. O CMC7MT é uma celulose totalmente solúvel (isto é, não microfibrilada) anionicamente derivada de peso molecular aproximadamente igual quando comparado com o aditivo A.Tabela 2. Desempenho de Drenagem de MF-C com Polímero Catiônico de Dispersão e Comparação com o Desempenho com CMC Completamente Solúvel
Figure img0002
[0052] A Tabela 2 ilustra que a natureza de micropartícula do CMC é um fator crítico para um bom desempenho de drenagem, visto que o CMC7MT totalmente solúvel fornece um desempenho marcadamente pior, quer adicionado sozinho quer com um polímero catiônico do tipo dispersão. Sem desejar ser limitado pela teoria, isto sugere que a eficácia dos polímeros não se baseia em um mecanismo coacervato isoladamente. Da mesma forma, observa-se que o sistema de dois componentes de celulose microfibrilada com polímero catiônico de dispersão é muito mais eficaz do que simplesmente uma dose aumentada de qualquer componente isoladamente (comparar a Entrada 6 com a Entrada 3 ou 5).
EXEMPLO 3
[0053] A Tabela 3 mostra o teste de drenagem utilizando o Suprimento B. Sulfato de alumínio (0,5% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado antes dos aditivos de interesse. Auxiliar de drenagem PerForm™ PC 8713 (0,0125% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado a todas as entradas após os aditivos de interesse.Tabela 3. Comportamento sinergístico do sistema de dois componentes
Figure img0003
[0054] A Tabela 3 ilustra a natureza sinérgica do sistema de celulose microfibrilada/polímero catiônico do tipo dispersão, pelo fato de que quando adicionado em quantidades iguais de polímero ativo, o sistema de coaditivo executa melhor do que cada sistema de componente único.
EXEMPLO 4
[0055] A Tabela 4 mostra o teste de drenagem utilizando o Suprimento B. Sulfato de alumínio (0,5% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado antes dos aditivos de interesse. Auxiliar de drenagem PerForm™ PC 8713 (0,0125% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado a todas as entradas após os aditivos de interesse. Tabela 4. Eficácia Relativa dos Sistemas de Dois Componentes para Aumentar a Drenagem
Figure img0004
Figure img0005
[0056] A Tabela 4 descreve que o Aditivo B (um polímero catiônico do tipo dispersão aquosa) ou o auxiliar de resistência Hercobond™ 6350 (um polímero contendo vinilamina) pode ser utilizado como um coaditivo em conjunto com a celulose microfibrilada, e que ambos os sistemas mostram uma sinergia positiva (isto é, o sistema combinado executa mais do que qualquer componente isoladamente quando comparado com uma dosagem igual). O sistema que utiliza Aditivo B nestes testes mostra maior sinergia do que o sistema que utiliza o polímero contendo vinilamina, que não é antecipado, já que se espera que ambos os sistemas executem a mesma. Estes dados também mostram que a dosagem total do sistema desempenha um papel na sinergia do sistema, visto que a dosagem geral mais elevada do sistema utilizando o Aditivo B (Entradas 7 a 11) alcança um maior desempenho sinergístico do que a dosagem global inferior do mesmo sistema (Entradas 2 a 6).
EXEMPLO COMPARATIVO 5
[0057] A Tabela 5 mostra o teste de drenagem utilizando o Suprimento B. Sulfato de alumínio (0,5% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado antes dos aditivos de interesse. Auxiliar de drenagem PerForm™ PC 8713 (0,0125% em uma base de ativos versus polpa seca) foi adicionado a todas as entradas após os aditivos de interesse.Tabela 5. Eficácia Relativa dos Sistemas de Dois Componentes para Aumentar a Drenagem
Figure img0006
[0058] A Tabela 5 mostra o desempenho relativo de dois sistemas: uma combinação de Aditivo B e Aditivo representa uma modalidade da presente invenção, enquanto que uma combinação de Hercobond™ 6350 e Aditivo B representa uma modalidade da técnica anterior, encontrada no US 2011/0155339. O sistema que emprega a presente invenção mostra uma maior sinergia positiva e desempenho de drenagem completo.
EXEMPLO 6
[0059] A Tabela 6 mostra o teste de drenagem utilizando o Suprimento B. As Entradas 1 a 6 foram executadas de forma similar aos Exemplos 2 a 5, que utilizam uma baixa dosagem de PerForm™ PC8713 como um componente-padrão, mas nenhum sulfato de alumínio foi adicionado. As entradas 7-8 utilizam a micropartícula bentonita inorgânica em lugar do floculante. Tabela 6. Desempenho de Drenagem Aumentado com o Sistema de Três Componentes
Figure img0007
[0060] A Tabela 6 indica que o uso de um sistema de três componentes pode alcançar um desempenho significativamente maior do que aquele disponível com o sistema de dois componentes.

Claims (9)

1. Processo para produção de papel, papelão e cartolina, caracterizado pelo fato de que compreende: adicionar a uma extremidade úmida de uma máquina de papel: (a) celulose microfibrilada, sendo que a celulose microfibrilada é derivada de celulose substituída por carboxilato com uma carga iônica líquida apresentando um grau aniônico de substituição de 0,02 a 0,50; (b) pelo menos um coaditivo, sendo que o coaditivo é selecionado do grupo que consiste em pelo menos um de: (1) um polímero de dispersão aquosa catiônica contendo acrilamida apresentando uma viscosidade específica reduzida de 5,0 a 12,0 dL/g, (2) sílica soloidal, (3) argila bentonita, e (4) polímeros contendo vinilamina, ou combinações dos mesmos, selecionados dentre homopolímeros de N-vinilformamida, que foram total ou parcialmente hidrolisados em vinilamina e apresentando uma carga de N-vinilformamida de pelo menos 75% a 100% e uma hidrólise de 30% a 75%, em uma quantidade eficaz para melhorar a drenagem, sendo que a razão em peso da celulose microfibrilada para o coaditivo é de 1:5 a 5:1, e sendo que a quantidade total combinada de celulose microfibrilada e coaditivo adicionado à extremidade úmida da máquina de papel é de 0,025% a 0,5% em peso, com base nos sólidos totais combinados de celulose microfibrilada e coaditivo em relação ao peso da polpa seca; e (c) sulfato de alumínio em uma quantidade de 0,025% a 0,5% em peso em relação ao peso da polpa seca.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrilada é derivada de celulose com uma carga aniônica líquida, que é gerada pela oxidação direta da celulose com um N-óxido.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrilada é derivada de celulose com uma carga aniônica líquida, a qual é gerada pela reação da celulose com pelo menos um agente de derivação.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coaditivo compreende sílica coloidal.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coaditivo compreende argila bentonita coloidal.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coaditivo compreende polímero contendo vinilamina, sendo que o polímero contendo vinilamina apresenta um peso molecular de 100.000 Daltons a 600.000 Daltons.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coaditivo compreende um polímero catiônico de dispersão aquosa, e sendo que o polímero catiônico de dispersão aquosa é composto de dois polímeros: um polímero dispersante catiônico com um peso molecular de 10.000 a 150.000 Dáltons, e um polímero catiônico de peso molecular mais elevado, o qual forma uma fase distinta de partículas.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o coaditivo compreende ainda argila bentonita ou sílica coloidal.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação em peso da celulose microfibrilada para o coaditivo é de 1:5 a 2:1, e sendo que a quantidade combinada total de celulose microfibrilada e coaditivo adicionada à extremidade úmida da máquina de papel é de 0,025 a 0,3% em peso, com base nos sólidos totais combinados de celulose microfibrilada e coaditivo com relação ao peso da polpa seca.
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