BR112019009287B1 - Composição de polímero, seus usos e método para fazer papel ou cartão - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a uma composição de polímero compreendendo um primeiro polímero hospedeiro, que é um copolímero de (met)acrilamida e, pelo menos, um primeiro monômero catiônico e um segundo polímero, que é um copolímero de (met)acrilamida e pelo menos um segundo monômero catiônico. O segundo polímero é polimerizado na presença do primeiro polímero hospedeiro, e o primeiro polímero hospedeiro tem uma cationicidade mais alta do que o segundo polímero, a diferença na cationicidade do primeiro polímero hospedeiro e do segundo polímero sendo pelo menos 3% em mol, preferencialmente pelo menos 5% em mol, mais preferencialmente pelo menos 7% em mol. A composição do polímero tem uma viscosidade padrão de > 2,0 mPa.s, medida a um teor de sólidos de 0,1% em peso em uma solução aquosa de NaCl (1 M), a 25°C, usando o viscosímetro de Brookfield DVII T, com adaptador UL. A invenção relata também o uso da dita composição de polímero.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a uma composição de polímero e seus usos de acordo com preâmbulos das reivindicações independentes anexas.
[0002] Polímeros, tais como poliacrilamidas, são usados na fabricação de papel e cartão para melhorar a drenagem durante a formação de rede. O desafio na drenagem é combinar a boa floculação inicial com estrutura de floco densa. Problemas na floculação levam à redução da qualidade da rede e os problemas na estrutura de floco reduzem a drenagem da água na desidratação por prensa, o que aumenta a demanda em secagem nas etapas que se sucedem, o que então pode se tornar a parte limitante da produtividade da máquina de papel.
[0003] Polímeros também são usados em desidratação de lodos, por exemplo, no tratamento de água municipal, bem como em processos de fabricação de papel e cartão. Polímeros, tais como poliacrilamidas, são usados, por exemplo, para a desidratação de lodo de destintagem em processos de fabricação de papel que utilizam fibras recicladas. O lodo de destintagem compreende, entre outros, tinta, materiais poliméricos, cargas inorgânicas e material da fibra. A desidratação eficaz deste lodo é necessária para seu uso posterior, por exemplo, como um combustível em incineradores, ou como um aditivo na fabricação de produtos à base de cimento, painéis contendo madeira, materiais compósitos, ou sua carbonização para carvão. Processos de fabricação de papel e cartão compreendem também outros lodos que contêm material de fibra e que demandam desidratação de forma eficiente.
[0004] Atualmente, a circulação de água de uma máquina do papel ou cartão é mais e mais fechada e a quantidade de água fresca usada é minimizada. Isto pode levar ao enriquecimento de substâncias químicas na água de circulação e, por exemplo, ao aumento na condutividade da água que é usada para fazer em estoque de fibra. O uso de fibras recicladas como matéria-prima também está aumentando, o que pode levar ao aumento de substâncias dissolvidas e coloidais, assim chamadas de lixo aniônico, no estoque de fibras. Observou-se que a eficiência de desempenho dos sistemas de drenagem convencionais, que usam poliacrilamidas lineares catiônicas ou aniônicas com alto peso molecular, diminui quando estas são utilizadas em conjunto com fibra de estoque com alta condutividade e/ou quantidades aumentadas de lixo aniônico. A perda em desempenho do polímero leva à diminuição na drenagem, retenção de fibra e finos, assim como a diminuição na desidratação por prensagem. Um aumento simples na dosagem de polímero, tal como poliacrilamida, não é uma solução otimizada, mesmo que os estoques de fibra com condutividade alta e/ou concentração alta de substâncias dissolvidas e coloidais possam exigi-lo. A adição aumentada de poliacrilamida de alto peso molecular pode eventualmente levar a floculação excessiva do estoque de fibra, o que reduz ainda mais a taxa de desidratação por prensa e causa má formação, reduzindo assim a produtividade do processo e a força do papel produzido.
[0005] Polímeros de baixo peso molecular, com alta densidade de carga, têm sido usados para melhorar a eficiência de desidratação e prensagem na fabricação de determinados tipos de papel, seja isoladamente ou com sistemas envolvendo o uso de poliacrilamida catiônica, de alto peso molecular. No entanto, estes polímeros de baixo peso molecular são limitados na sua capacidade de prover a retenção necessária, sem dosagem aumentada de polímero, o que pode levar ao excesso de cationização do processo de fabricação de papel ou cartão, e como resultado, formação de espuma aumentada e outros problemas relacionados. Sistemas de dois componentes compreendendo tanto o polímero de baixo peso molecular com alta densidade de carga e poliacrilamida catiônica de alto peso molecular são conhecidos, mas eles são difíceis de controlar e adicionam complexidade ao processo de fabricação de papel ou cartão. Além disso, observou-se que os sistemas de dois componentes podem ainda ser incapazes de prover as propriedades de papel desejadas e a produtividade nas condições desafiadoras com alta condutividade, má qualidade da fibra e carga de substâncias aumentada, por exemplo, cinzas, amido, tamanho ou substâncias dissolvidas e coloidais.
[0006] Existe a necessidade de novas composições eficazes que possam ser usadas para a drenagem na fabricação de papel ou cartão. Seria vantajoso se as composições pudessem ser usadas também na desidratação de lodo.
[0007] Um objetivo desta invenção é minimizar ou mesmo eliminar as desvantagens existentes na técnica conhecida.
[0008] Um objetivo é igualmente prover uma composição do polímero que forneça uma drenagem eficaz na fabricação de papel ou cartão.
[0009] Um outro objetivo desta invenção é prover uma composição do polímero que seja igualmente apropriada para estoques de fibra tendo uma condutividade elevada e/ou uma quantidade elevada de substâncias dissolvidas e coloidais.
[0010] Ainda outro objetivo adicional desta invenção é prover uma composição do polímero que seja apropriada para desidratação de lodo, especialmente desidratação de lodo de destintagem.
[0011] Estes objetivos são atingidos com a invenção, tendo as características apresentadas a seguir nas partes de caracterização das reivindicações independentes. Algumas concretizações preferíveis são divulgadas nas reivindicações dependentes.
[0012] Os elementos citados nas reivindicações dependentes e as concretizações na descrição são combináveis livre e mutuamente, salvo indicação explicitamente em contrário.
[0013] As concretizações dos exemplos apresentados neste texto e suas vantagens, se relacionam pelas partes aplicáveis a todos os aspectos da invenção, mesmo que isso nem sempre seja mencionado separadamente.
[0014] A composição típica de polímero de acordo com a presente invenção, compreende: - um primeiro polímero hospedeiro, que é um copolímero de (meta) acrilamida e, pelo menos, um primeiro monômero catiônico, - um segundo polímero, que é um copolímero de (met)acrilamida e pelo menos um segundo monômero catiônico, o segundo polímero a sendo polimerizado na presença do primeiro polímero hospedeiro, em que o primeiro polímero hospedeiro tem uma cationicidade mais alta do que o segundo polímero, a diferença na cationicidade do primeiro polímero hospedeiro e do segundo polímero sendo pelo de menos 3% em mol, preferencialmente pelo menos 5% em mol, mais preferencialmente pelo menos 7% em mol, e em que a composição do polímero tem uma viscosidade padrão de > 2,0 mPa.s, medido a um teor de sólidos 0,1% em peso em uma solução aquosa de NaCl (1 M), a 25°C, usando o viscosímetro de Brookfield DVII T, com adaptador UL.
[0015] O uso típico da composição do polímero de acordo com a invenção é para desidratação de lodo.
[0016] Um outro uso típico da composição do polímero de acordo com a invenção é como o agente de drenagem na manufatura do papel ou cartão.
[0017] O método típico, de acordo com a presente invenção, para fazer papel ou cartão compreende: - obter um estoque de fibra, - adicionar um agente de drenagem ao estoque de fibra, - formar o material de fibra em uma rede de fibra, em que o agente de drenagem compreende um componente de polímero de acordo com a invenção.
[0018] Agora foi surpreendentemente descoberto que melhorias claras na drenagem e desidratação são obtidas com uma composição de polímero, que é obtida polimerizando um segundo polímero na presença de um primeiro polímero hospedeiro. O primeiro polímero atua assim como um polímero do hospedeiro e como um meio de polimerização para o segundo polímero. Tanto o primeiro quanto o segundo polímero são copolímeros de (met)acrilamida e suas propriedades proveem um efeito inesperado, que melhora a formação de flocos e a estabilidade quando a composição do polímero é usada como agente de drenagem ou agente de retenção na fabricação de papel ou cartão, ou como um aditivo na desidratação de lodo.
[0019] A composição do polímero compreende um primeiro polímero hospedeiro que é um copolímero de (met)acrilamida, preferencialmente acrilamida, e pelo menos um primeiro monômero catiônico, e um segundo polímero que é um copolímero de (met)acrilamida, preferencialmente acrilamida, e em pelo menos um segundo monômero catiônico. O primeiro e/ou segundo monômero podem ser selecionados a partir de acrilato de 2-(dimetil amino) etila (ADAM), cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl), benzil cloreto de acrilato de 2-(dimetil amino) etila, dimetil sulfato de acrilato de 2-(dimetil amino) etila, metacrilato de 2-dimetil amino etila (MADAM), cloreto de [2-(metacriloil óxi) etil] trimetil amônio (MADAM-Cl), dimetil sulfato de metacrilato de 2-dimetil amino etila, cloreto de [3-(acriloil amino) propil] trimetil amônio (APTAC), cloreto de [3-(metacriloil amino) propil] trimetil amônio (MAPTAC) e cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC).
[0020] O primeiro polímero hospedeiro pode, preferencialmente, ser preparado por polimerização de (met)acrilamida e pelo menos um primeiro monômero catiônico, que é selecionado a partir de cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC), cloreto de [3-(acrilamida) propil] trimetil amônio (APTAC), e cloreto de [3-(metacrilamido) propil] trimetil amônio (MAPTAC) e quaisquer combinações dos mesmos. Ainda mais preferencialmente, o primeiro polímero hospedeiro pode ser preparado por polimerização de acrilamida e cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC). Os monômeros catiônicos DADMAC, APTAC e MAPTAC apresentam estabilidade hidrolítica, que melhora a estabilidade total da composição de polímero obtida. Além disso, a carga catiônica desses monómeros não é dependente do pH, o que torna a composição de polímero obtida adequada para várias aplicações sem limitações impostas pelo pH do processo. O uso de copolímeros como o primeiro polímero hospedeiro em vez de homopolímeros pode prover propriedades vantajosas para a composição de polímero, tais como solubilidade alta e peso molecular alto.
[0021] O primeiro polímero hospedeiro pode ser preparado por polimerização de (met)acrilamida com um tipo de primeiro monômero catiônico, ou o primeiro polímero hospedeiro pode ser preparado por polimerização de (met)acrilamida com dois ou mais primeiros monômeros catiônicos diferentes. Preferencialmente o primeiro polímero hospedeiro é preparado por polimerização de (met)acrilamida com um tipo de primeiro monômero catiônico.
[0022] O segundo polímero pode preferencialmente ser preparado por polimerização de (met)acrilamida e pelo menos um segundo monômero catiônico que é selecionado do grupo consistindo de acrilato de 2-(dimetil amino) etila (ADAM), cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl), metacrilato de 2-dimetil amino etila (MADAM), cloreto de [2-(metacriloil óxi) etil] trimetil amônio (MADAM-Cl), cloreto de [3-(acriloil amino) propil] trimetil amônio (APTAC), cloreto de [3- (metacriloil amino) propil] trimetil amônio (MAPTAC) e cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC). Preferencialmente o segundo monômero catiônico é selecionado de cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl), cloreto de [2-(metacriloil óxi) etil] trimetil amônio (MADAM- Cl), cloreto de [3-(acriloil amino) propil] trimetil amônio (APTAC) e cloreto de [3-(metacriloil amino) propil] trimetil amônio (MAPTAC); e mais preferencialmente de cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl). Os monômeros catiônicos ADAM-CL, MADAM-CL, APTAC e MAPTAC são preferíveis como segundo monômeros catiônicos, pois sua carga não é dependente de pH, e os pesos moleculares elevados são obtidos para o segundo polímero quando esses monômeros catiônicos são usados. Isto torna a composição de polímero apropriada para muitas aplicações diferentes e fornece a estabilidade de desempenho melhorada também em situações onde o pH de processo muda durante o uso da composição de polímero. O peso molecular elevado do segundo polímero pode melhorar especialmente o desempenho de floculação da composição de polímero.
[0023] O segundo polímero pode ser preparado por polimerização de (met)acrilamida com um tipo de segundo monômero catiônico, ou o segundo polímero pode ser preparado por polimerização de (met)acrilamida com dois ou mais segundo monômeros catiônicos diferentes. Preferencialmente o segundo polímero é preparado por polimerização de (met)acrilamida com um tipo de segundo monômero catiônico.
[0024] Preferencialmente, o primeiro monômero(s) catiônico e o segundo monômero(s) catiônico são diferentes um do outro. Isto significa que o primeiro polímero hospedeiro e o segundo polímero são copolímeros de (met)acrilamida que são diferentes um do outro, ou seja, o primeiro monômero(s) catiônico utilizado na copolimerização do primeiro polímero hospedeiro e o segundo monômero(s) catiônico utilizado em copolimerização do segundo polímero são diferentes um do outro. De acordo com uma concretização preferível da invenção, o primeiro monômero catiônico é o cloreto de dialil dimetil amônio e o segundo monômero catiônico é o cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio.
[0025] De acordo com uma concretização preferível da invenção, o primeiro monômero catiônico é cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC), e o segundo monômero catiônico é cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl), cloreto de [2-(metacriloil óxi)etil] trimetil amônio (MADAM-Cl), especialmente ADAM-Cl. Estas combinações dão uma composição de polímero onde ambos os polímeros têm ótimo peso molecular ponderal médio; o peso molecular ponderal médio do primeiro polímero hospedeiro sendo menor que o peso molecular ponderal médio do segundo polímero.
[0026] No presente contexto, o termo cationicidade refere-se à quantidade de unidades estruturais que se originam de monômeros catiônicos em um polímero. Em outras palavras, a cationicidade de um polímero define, em % em mol, a quantidade de monômeros catiônicos utilizados para a polimerização do dito polímero, calculado a partir da quantidade total de monômeros utilizados para a polimerização do dito polímero. A cationicidade do segundo polímero indica a quantidade de monômeros catiônicos, calculado a partir da quantidade total de monômeros utilizados para a polimerização do segundo polímero, que são adicionados no início da polimerização à solução do primeiro polímero hospedeiro, que funciona como meio de polimerização.
[0027] O primeiro polímero hospedeiro tem uma cationicidade maior do que o segundo polímero. A diferença na cationicidade do primeiro polímero e o segundo polímero hospedeiro é de pelo menos 3% em mol, preferencialmente pelo menos 5% em mol, mais preferencialmente pelo menos 7% em mol. Ao mesmo tempo, a diferença em cationicidade pode, preferencialmente, ser no máximo de 70% em mol, mais preferencialmente no máximo de 40% em mol, ainda mais preferencialmente no máximo de 30% em mol. A diferença em cationicidade pode estar na faixa de 3 - 70% em mol, preferencialmente 3 - 40% em mol ou 3 - 30% em mol, mais preferencialmente 5 - 40% em mol ou 5 - 30% em mol, às vezes mais preferencialmente 7 - 30% em mol. Supõe-se que, quando a composição do polímero é usada como uma ajuda de drenagem ou em tratamento de lodo, o primeiro polímero hospedeiro, que tem a maior quantidade de unidades estruturais catiônicas e, portanto, cargas catiônicas, está interagindo com substâncias dissolvidas e coloidais, bem como outras substâncias aniônicas prejudiciais. Assim o segundo polímero, com cationicidade mais baixa, permanece livre para as interações que resultam em formação de flocos. A composição de polímero provê assim uma fixação otimizada de substâncias aniônicas perturbadoras e desempenho de floculação simultâneo. Sem querer ser limitado por alguma teoria, assume-se ainda que a polimerização do segundo polímero tendo uma cationicidade menor, na presença do primeiro polímero hospedeiro com uma cationicidade maior, resulta em uma distribuição de carga especialmente benéfica e/ou localização das cargas na composição de polímero para captura de lixo aniônico e/ou floculação, em comparação com polímeros catiônicos convencionais ou misturas convencionais de dois ou mais Polímeros Catiônicos. No presente contexto, os termos "fixação", "fixar" e "correção" significam que as substâncias perturbadoras, tais como as substâncias hidrofóbicas e/ou aniônicas, estão associadas ou ligadas às fibras e/ou aos flocos formados, pelo menos temporária ou permanentemente.
[0028] O primeiro polímero hospedeiro pode ter cationicidade de no máximo 80% em mol, preferencialmente no máximo 60% em mol, mais preferencialmente no máximo 40% em mol, ainda mais preferencialmente no máximo 30% em mol. De acordo com uma concretização da invenção, o primeiro polímero hospedeiro pode ter cationicidade na faixa de 5 - 80% em mol, preferencialmente 5 - 60% em mol, mais preferencialmente 5 - 40% em mol, de maior preferência de 10 - 30% em mol.
[0029] O segundo polímero pode ter cationicidade de no máximo 60% em mol, preferivelmente no máximo 50% em mol, mais preferivelmente no máximo 20% em mol, mais preferivelmente ainda no máximo 15% em mol, de maior preferência, no máximo 10% em mol. De acordo com uma concretização da invenção, a cationicidade do segundo polímero pode estar em uma faixa de intervalos de 1 - 60% em mol, preferencialmente 1 - 50% em mol, mais preferencialmente 1 - 20% em mol, ainda mais preferencialmente 1 - 15% em mol, de maior preferência de 5 - 10% em mol. Observou-se que os valores de cationicidade baixos para o segundo polímero dão bons resultados, quando a composição de polímero é usada para desidratação de lodo de destintagem ou como um agente de drenagem na fabricação de papel ou cartão, e pode ser especialmente benéfico para fabricação de tipos de papel onde o produto final de papel é destinado para contato com alimentos.
[0030] O peso molecular ponderal médio do primeiro polímero hospedeiro pode ser de até 3 000 000 g/mol. No entanto, de acordo com uma concretização preferível da presente invenção, o primeiro polímero hospedeiro tem peso molecular ponderal médio < 1 000 000 g/mol. O peso molecular ponderal médio do primeiro polímero hospedeiro pode preferencialmente ser < 200 000 g/mol, mais preferencialmente < 100 000 g/mol, ainda mais preferencialmente < 50 000 g/mol, às vezes mesmo < 47 000 g/mol. De acordo com uma concretização da invenção, o peso molecular ponderal médio do primeiro polímero hospedeiro está na faixa de 2000 - 500 000 g/mol, preferencialmente 3000 - 200 000 g/mol, mais preferencialmente 3000 - 100 000 g/mol, ainda mais preferencialmente 3000 - 47 000 g/mol, às vezes de maior preferência 4000 - 30 000 g/mol. Observou-se que o primeiro polímero hospedeiro é mais efetivo na interação com substâncias perturbadoras quando seu peso molecular é baixo. O baixo peso molecular também pode melhorar a solubilidade da composição de polímero. Além disso, a polimerização do segundo polímero é mais fácil quando o peso molecular do primeiro polímero hospedeiro é baixo, uma vez que a viscosidade do primeiro polímero hospedeiro é menor. Por exemplo, pode ser possível obter um peso molecular mais elevado para o segundo polímero quando o peso molecular do primeiro polímero hospedeiro e, consequentemente, a viscosidade do meio de polimerização, é baixo. O peso molecular ponderal médio é determinado usando a cromatografia por exclusão de tamanho (SEC), tal como a cromatografia da permeação do gel, usando procedimentos conhecidos como tais para uma pessoa versada na técnica.
[0031] O primeiro polímero hospedeiro pode ser preparado por polimerização em solução via radical livre, em um reator de polimerização. Os monômeros do primeiro polímero hospedeiro podem ser adicionados ao reator de polimerização antes do(s) iniciador(es). Após a conclusão da reação de polimerização, o primeiro polímero hospedeiro é preferencialmente isento de grupos de radicais polimerizáveis, tais como ligações duplas carbono-carbono, em sua estrutura. Em uma concretização preferível, os monômeros do segundo polímero, quando polimerizados na presença do primeiro polímero hospedeiro, reagem uns com os outros e não formam ligações covalentes com o primeiro polímero hospedeiro.
[0032] O segundo polímero é polimerizado na presença do primeiro polímero hospedeiro. Assume-se isto para prover uma extensão ou um alcance ideal para as cadeias do segundo polímero que, junto com o emaranhamento físico entre o primeiro polímero do anfitrião e o segundo polímero, proveem uma estrutura tridimensional que melhore a formação de flocos. Além disso, as cadeias estendidas do segundo polímero devem prover estrutura para a composição do polímero e melhoram o seu desempenho sob compressão. Isto melhora a eficiência da floculação da composição de polímero e o desempenho dos flocos em aplicações diferentes, mesmo em ambientes difíceis com condutividade elevada. O segundo polímero pode ser preparado pela polimerização via radical livre adiabática.
[0033] Polímeros estruturados convencionalmente são preparados pela adição de agentes de ramificação aos monômeros que estão sendo polimerizados, ou conduzindo a reticulação da pós-polimerização de cadeias de polímero. De acordo com a presente invenção, é possível obter uma composição de polímero estruturada, sem o uso de agentes de ramificação ou reticulantes. Isso é vantajoso, uma vez que agentes de ramificação e reticulantes são tipicamente tóxicos. Além disso, cada componente adicional acrescenta complexidade ao processo de fabricação, e a boa solubilidade de polímero pode ser difícil de conseguir ao usar agentes de ramificação. De acordo com uma concretização da invenção, a composição do polímero está livre de agentes de ramificação e/ou agentes de reticulação.
[0034] A composição do polímero pode compreender no máximo 20% em peso, preferencialmente no máximo 15% em peso, mais preferencialmente no máximo 12,5% em peso, ainda mais preferencialmente no máximo 10% em peso, do primeiro polímero hospedeiro, calculado a partir do material polimérico total da composição, como seco. De acordo com uma concretização da invenção, a quantidade do primeiro polímero hospedeiro na composição de polímero pode estar na faixa de 1 - 20% em peso, preferencialmente 2 - 20% em peso, mais preferencialmente 2 - 15% em peso, ainda mais preferencialmente 2 - 10% em peso ou 2 - 8% em peso, calculado a partir do total material polimérico da composição, como seco. Preferencialmente, a quantidade de primeiro polímero hospedeiro é relativamente baixa, de modo que a quantidade do segundo polímero na composição final do polímero obtido e, portanto, o peso molecular da composição final do polímero obtida, pode ser mais alta. Isto pode fornecer o melhor desempenho na desidratação e na drenagem do lodo na manufatura de papel.
[0035] De acordo com uma concretização da invenção, o Segundo polímero é polimerizado na presença de um primeiro polímero hospedeiro e pelo menos um outro segundo polímero hospedeiro, que são diferentes um do outro. Assim, o segundo polímero pode ser polimerizado em uma mistura de primeiro e segundo polímeros hospedeiros. Todas as informações fornecidas acima e relacionadas com o primeiro polímero hospedeiro são aplicáveis ao segundo polímero hospedeiro, se tal estiver presente no meio de polimerização.
[0036] A composição do polímero pode compreender > 80% em peso, preferencialmente > 85% em peso, preferencialmente > 90% em peso, do segundo polímero, calculado a partir do material polimérico total da composição, como seco. De acordo com uma concretização da invenção, a quantidade do segundo polímero na composição do polímero pode estar na faixa de 80-99% em peso, preferivelmente 8098% em peso, mais preferivelmente 85-98% em peso, ainda mais preferivelmente 90-98% em peso, ou 92-98% em peso, calculado a partir do material polimérico total da composição, como seco.
[0037] De acordo com uma concretização da invenção, a composição do polímero obtida tem uma densidade de carga de no máximo 5,0 meq/g, preferencialmente, no máximo 4,0 meq/g, mais preferencialmente, no máximo 3,0 meq/g, ainda mais preferencialmente no máximo, 2,0 meq/g. De acordo com uma concretização da invenção a densidade da carga da composição de polímero está na escala de 0,15,0 meq/g, preferivelmente 0,1-4,0 meq/g, mais preferivelmente 0,1-3,0 meq/g, ainda mais preferivelmente 0,7-2,0 meq/g. Os valores de densidade de carga podem ser medidos usando Mütek em pH 7,0. Quando a composição de polímero tem densidade de carga < 5,0 meq/g, preferencialmente < 4,0 meq/g, o risco de sobre cationização é reduzido no processo de fabricação de papel ou cartão. Isso torna a dosagem da composição de polímero mais fácil e reduz os distúrbios do processo.
[0038] De acordo com uma concretização preferível da presente invenção, o segundo polímero tem cationicidade na faixa de 1 - 15% em mol, preferencialmente 5 - 10% em mol. O segundo polímero pode ser preparado por copolimerização de acrilamida e ADAM-Cl, na presença de um primeiro polímero hospedeiro. O primeiro polímero hospedeiro pode ser um copolímero de acrilamida e pelo menos um primeiro monômero catiônico, preferencialmente DADMAC. A cationicidade do primeiro polímero hospedeiro está preferencialmente na faixa de 5 - 60% em mol, mais preferencialmente 5 - 40% em mol, ainda mais preferencialmente 10 - 30% em mol, e, preferencialmente, o peso molecular ponderal médio está na faixa de 2000 - 500 000 g/mol, preferencialmente 4000 - 30 000 g/mol. A quantidade do primeiro polímero hospedeiro na composição de polímero pode ser 2 - 20% em peso, preferencialmente 2 - 8% em peso ou 3 - 9% em peso. Esta composição de polímero é especialmente apropriada para o uso na fabricação de papel ou cartão como um agente da drenagem.
[0039] Observou-se que a condutividade elevada e/ou a demanda catiônica elevada do ambiente, por exemplo, o estoque de fibras ou lodo, podem exercer uma força de compressão nas cadeias de polímero carregadas de forma catiônica. Atualmente, assume-se que quando a carga catiônica da atual composição de polímero, e especialmente a cationicidade do segundo polímero é modesta, as cadeias de polímeros em geral podem ser menos comprimidas e permanecem mais estendidas. Isto pode permitir uma floculação eficiente, possível de ser obtida através das interações do segundo polímero da composição do polímero. Desta forma, a capacidade de floculação da composição de polímero, incluindo a extensão das cadeias poliméricas e a capacidade dos polímeros para formar ligações iônicas e participar de interações eletrostáticas, não é esgotada pela elevada demanda catiônica e/ou condutividade, mas é preservada para os sólidos suspensos. Isto pode prover a formação de flocos fortes. Também ademais podem ser obtidos tamanho de floco, densidade e/ou estabilidade melhorados.
[0040] A composição do polímero pode ter uma viscosidade padrão de > 3 mPa.s, preferencialmente > 3,7 mPa.s, mais preferencialmente > 4,5 mPa.s, quando dissolvidos e medidos a 0,1% em peso de teor de sólidos em uma solução aquosa de NaCl (1 M), a 25°C, usando viscosímetro Brookfield DVII T, com adaptador UL. Preferentemente, a viscosidade padrão da composição de polímero é de < 7 mPa.s, para prover um processamento mais fácil da composição de polímero.
[0041] De acordo com uma concretização, a composição de polímero não está na forma de uma emulsão água-em-óleo ou óleo-em- água. Preferencialmente, a composição de polímero está livre de qualquer fase oleosa e/ou fase solvente orgânico. Isso reduz a necessidade de certos auxiliares, tais como emulsionantes, o que melhora a adequação da composição de polímero para numerosos processos onde o uso de emulsionantes é problemático ou restrito. Além disso, a ausência de óleo e/ou fase solvente orgânico também reduz ou elimina os problemas relacionados com compostos orgânicos voláteis, o que melhora a segurança ocupacional dos trabalhadores que entram em contato com a composição de polímero.
[0042] A composição de polímero pode preferencialmente estar na forma de um produto particulado seco ou em pó. A composição do polímero obtido pode ser seca e, opcionalmente, moída para um tamanho de partícula adequado. De acordo com uma concretização, a composição de polímero seco, em forma de produto particulado ou pó, pode ter um teor de sólidos de pelo menos 80% em peso, preferencialmente pelo menos 85% em peso, mais preferencialmente, pelo menos 90% em peso. A composição do polímero particulado seco é fácil e de custo eficiente para transportar e armazenar, permanece estável por longos períodos e é resistente à degradação microbiológica.
[0043] De acordo com uma concretização, a composição de polímero pode ser obtida por polimerização em gel, onde os monômeros do segundo polímero são polimerizados na presença do primeiro polímero. Após a polimerização do gel, a composição de polímero obtida em forma de gel é cominuída, tal como moída, raspada ou picada, bem como seca. Após a secagem, a composição de polímero cominuída pode ser moída para um tamanho de partícula desejado e embalada para armazenamento e/ou transporte, sendo que um produto de composição de polímero particulado seco é obtido. Dependendo da aparelhagem de reação utilizada, a trituração ou corte podem ser realizados na mesma aparelhagem de reação onde ocorre a polimerização. Por exemplo, a polimerização pode ser realizada em uma primeira zona de um misturador de rosca, e a trituração do polímero obtido é realizada em uma segunda zona do misturador de rosca referido. Também é possível que a trituração, corte ou outro ajuste de tamanho de partícula seja realizado em um aparelho de tratamento separado do aparelho de reação. Por exemplo, a composição do polímero obtida pode ser transferida a partir da segunda extremidade de uma aparelhagem de reação, que é um transportador de correia, através de uma tela de furo rotativo ou semelhante, onde é triturada ou picada em pequenas partículas.
[0044] De acordo com uma concretização da invenção, a composição de polímero está na forma de um produto particulado seco ou pó e tem pelo menos uma, de preferência várias, das seguintes características: a densidade de carga da composição de polímero é no máximo 5 meq/g; a cationicidade do segundo polímero é, no máximo, 20% em mol; a quantidade de primeiro polímero hospedeiro na composição é < 15% em peso; o peso molecular ponderal médio do primeiro polímero hospedeiro é < 100 000 g/mol; e o monomer catiônico no primeiro polímero hospedeiro e o segundo polímero é diferente.
[0045] A composição de polímero de acordo com a invenção pode preferencialmente ser usado como um agente de drenagem ou como um agente de retenção na fabricação de papel ou cartão. Retenção é aqui entendido como retenção pela rede de pelo menos finos, cargas de enchimento e partículas coloidais, que podem estar presentes no estoque. A composição do polímero é preferencialmente adicionada ao estoque fino. A composição de polímero pode ser adicionada antes ou após o último estágio de cisalhamento, preferencialmente após o último estágio de cisalhamento. Mais preferivelmente, a composição de polímero é adicionada ao estoque da fibra após o último estágio de cisalhamento, tão perto da caixa de entrada como possível. Exemplos de estágios de cisalhamento na fabricação de papel ou cartão são bombas e várias peneiras, tais como peneiras centrífugas. De acordo com uma concretização da invenção, o estoque de fibras pode passar por um número de estágios de cisalhamento e o agente de drenagem, compreendendo a composição de polímero, é adicionado ao estoque de fibra 3 - 60 s, preferencialmente 4 - 15 s, antes da formação da rede de fibra. Desta maneira, a eficiência ótima de drenagem pode ser obtida usando a dosagem mais baixa possível da composição de polímero. A dosagem da composição do polímero, quando utilizada como agente de drenagem, pode ser de 0, 5 - 1,0 kg/tonelada de papel seco,preferencialmente 0,1 - 0,5 kg/tonelada de papel seco.
[0046] A composição de polímero pode ser usada com um ou mais agentes de drenagem adicionais, tais como bentonita, sílica, policloreto de alumínio, alúmen, micropolímeros orgânicos, amidos, poliamina, polivinilamina, polietilenimina, poli-DADMAC, poliacrilamida aniônica, poliacrilamida catiônica, poliacrilamida anfotéra ou poliacrilamida glioxilada.
[0047] A composição do polímero é dissolvida e diluída com água para uma concentração de trabalho apropriada, antes que a composição de polímero seja adicionada ao estoque de fibra.
[0048] A composição de polímero é apropriada para o uso na fabricação de papel ou cartão onde material de fibra reciclado é usado como a matéria-prima para estoque da fibra. O material de fibra no estoque de fibra pode abranger até 100% de fibras recicladas. De acordo com uma concretização, o estoque de fibra pode conter pelo menos 20% em peso, preferencialmente, pelo menos 30% em peso, mais preferencialmente, pelo menos 40% em peso de fibras originadas de material de fibra reciclado.
[0049] A composição do polímero é especialmente adequada para estoques de fibras tendo condutividade > 1,5 mS/cm, preferencialmente > 2,0 mS/cm, mais preferencialmente > 3,0 mS/cm. A condutividade do estoque de fibras pode estar, por exemplo, na faixa de 1,5 - 10 mS/cm, preferencialmente 2,0 - 8 mS/cm, mais preferencialmente 3 - 6 mS/cm, medido na caixa de entrada da máquina de papel.
[0050] De acordo com uma concretização, a presente composição de polímero é apropriada para o uso na fabricação de papel ou cartão, onde é adicionada a meio aquoso contendo fibra, onde a fase líquida do meio aquoso tem uma demanda catiônica > 300 μeq/l, às vezes mesmo > 500 μeq/l, medido por titulação de Mütek após filtração do meio aquoso através do papel de filtro de tarja preta. O meio aquoso pode ser o estoque de fibra para fabricação de papel ou cartão ou lodo proveniente do processo de fabricação de polpa de celulose, papel ou cartão. Devido a sua estrutura de rede de polímero, a composição de polímero pode ser capaz de capturar o material solúvel e coloidal não- iônico. Além disso, acredita-se que o primeiro polímero hospedeiro captura o lixo aniônico presente no meio aquoso que, de outra forma, perturbaria a floculação e a função do segundo polímero e outros produtos químicos catiônicos opcionais adicionados ao meio. O primeiro polímero hospedeiro é capaz de ligar o lixo permanentemente às fibras, que reduz a quantidade de lixo aniônico nas águas circulantes e diminui a carga de sólidos suspensos.
[0051] Em geral, o uso separado convencional de um agente fixador e um agente de floculação, ou seja, adição de agentes separados, pode resultar na captura de lixo aniônico pelo agente fixador. Usualmente os agentes fixadores têm baixo peso molecular, que pode conduzir à fixação pobre do lixo aniônico às fibras. Os complexos formados compreendendo o agente fixador e o lixo aniônico não são necessariamente presos pelos flocos de fibras criados pelos agentes de floculação, o que significa que pode haver acúmulo significativo dos complexos na água do processo. Contrariamente a estes sistemas convencionais usando agentes químicos separados, a composição de polímero de acordo com a presente invenção, anexa efetivamente lixo aniônico às fibras de flocos de fibras.
[0052] A composição de polímero de acordo com a invenção, é igualmente apropriada para a desidratação do lodo em processos municipais ou industriais. A composição de polímero é especialmente adequada para a desidratação de lodo que se origina do processo de fabricação de polpa de celulose, papel ou cartão, por exemplo, desidratação de lodo de celulose de destintagem. Um lodo proveniente do processo de fabricação de polpa de celulose, papel ou cartão compreende uma fase líquida aquosa e material de fibra suspensa na fase aquosa. O material de fibra é material de fibra celulósica proveniente de fontes de madeira ou não de madeira, preferencialmente de fontes de madeira. O material de fibra é aqui entendido como a fração de fibra longa, que é retida em filtro de malha 100. Neste contexto, fibra longa é sinônimo e intercambiável com fibra utilizável. O lodo pode compreender este material de fibra em quantidades de 2 - 50% em peso, preferencialmente 5 - 30% em peso, mais preferencialmente 7 - 20% em peso. Além disso, o lodo pode compreender partículas minerais inorgânicas e ter teor de cinzas na faixa de 20 - 90%, preferencialmente 20 - 85%. O teor de cinzas é determinado usando o método padrão ISO 1762, à temperatura 525°C. As partículas minerais inorgânicas no lodo se originam das cargas de enchimento e dos materiais de revestimento usados na fabricação de papel e cartão. Observou-se que a composição de polímero proporciona melhor desidratação, maior teor de sólidos após prensagem, consumo de polímero reduzido e boa qualidade do filtrado. A composição de polímero também é eficaz em ambientes com um alto valor de pH e/ou alta condutividade.
[0053] Na desidratação de lodo, a dosagem da composição de polímero pode ser < 20 kg, preferencialmente < 5 kg, mais preferencialmente < 3 kg, dado por tonelada de lodo seco. Em geral, a dosagem da composição de polímero é dada nesta aplicação como a composição ativa, seca, se não indicado de outra forma. De acordo com uma concretização da invenção, a dosagem da composição de polímero pode estar na faixa de 0,4 - 20 kg, preferencialmente 0,4 - 5 kg, mais preferencialmente 0,4 - 3 kg, dada por tonelada de lodo seco. Para aplicações de desidratação de lodo de destintagem, a dosagem da composição de polímero está entre 0,4 - 4 kg, preferivelmente 0,5 - 3 kg, dado por a lama seca da tonelada. Observou-se que os resultados de desidratação eficazes são alcançados com pequena dosagem, em comparação com polímeros convencionais tendo viscosidades padrão e densidades de carga semelhantes.
[0054] A composição de polímero pode ser usada para desidratação de lodo de destintagem em um estágio de espessamento. Preferencialmente, a composição do polímero é adicionada ao lodo de destintagem antes de pré-espessar e prensar o lodo. O lodo de destintagem pode conter material de fibra compreendendo frações de fibras curtas e longas, material mineral inorgânico proveniente de revestimentos e/ou cargas de enchimentos, bem como partículas de tinta. O lodo de destintagem pode compreender 7 - 20% em peso de material de fibra longa, calculado a partir do peso seco do lodo. O lodo de destintagem pode ter uma concentração de tinta residual efetiva (ERIC), medida a 950 nm, que é > 500, preferivelmente > 1000. O instrumento apropriado disponível para medidas de ERIC é comercialmente disponível, por exemplo pelo fabricante Technidyne, Inc., EUA. O teor de cinzas do lodo de destintagem é preferencialmente 40 - 80%, mais preferencialmente 50 - 65%, determinado usando o método padrão ISO 1762, à temperatura de525°C. De acordo com uma concretização da invenção, o lodo aquoso é lodo de destintagem do processo de repolpeamento de papel de jornal e/ou revista. De acordo com uma concretização da invenção, o lodo é lodo de destintagem do processo repolpeamento de papel de escritório, tal como o rejeito de papel misturado do escritório ou o rejeito de papel classificado do escritório. Como a composição do polímero prove um tamanho melhorado de floco e uma boa estabilidade de floco, os flocos não devem absorver demasiada água, a água pode ser liberada mais facilmente dos flocos e os flocos não são quebrados sob pressão. Assim, é possível obter uma taxa de desidratação mais rápida, tanto na drenagem livre, ou seja, pré-espessamento mais rápido, como no estágio de prensagem, e mais sólidos secos no estágio de prensagem.
[0055] A composição de polímero pode ser adicionada ao lodo antes ou no estágio de espessamento, que compreende uma etapa de pré-espessamento e uma etapa de prensagem. A composição de polímero é adicionada ao lodo antes do passo pré-espessamento, onde uma primeira parte da fase aquosa é removida do lodo. O pré- espessamento pode ser realizado por exemplo, utilizando um tambor de espessamento, uma mesa de gravidade ou um cinto de gravidade, ou seja, em drenagem livre, sem pressão aplicada. A etapa de pré- espessamento pode demorar de 5 a 30 s, tipicamente de 10 a 20 s. O lodo pode ter um teor de sólidos na faixa de 1 - 5%, preferencialmente 1,5 - 4%, antes da etapa de pré-espessamento e antes da adição da composição do polímero.
[0056] O estágio de espessamento compreende, assim, uma etapa de pré-espessamento mecânico, onde o teor de sólidos do lodo é aumentado pela separação da água. O pré-espessamento pode ser realizado sem sucção ativa, ou preferencialmente o pré-espessamento mecânico pode ser realizado em drenagem livre, sem pressão aplicada. O teor de sólidos do lodo pode ser de 5 a 14% em peso, preferencialmente 7 - 13% em peso, após a etapa de pré- espessamento mecânico.
[0057] De acordo com uma concretização da invenção, a composição de polímero é adicionada ao lodo 1 s - 10 min,preferencialmente 1 - 20 s, antes da etapa de pré-espessamento. A composição do polímero flocula o material sólido presente no lodo, tal como fibras e partículas inorgânicas, proporcionando um tamanho ideal de floco para desidratação e uma boa estabilidade de floco em dois estágios de espessamento, compreendendo etapa de pré- espessamento e de prensagem. Assim, os flocos não absorvem demasiada água, a água é liberada mais facilmente dos flocos e os flocos não são quebrados sob pressão ou entre estágios diferentes do processo. Além disso, é possível obter uma taxa de desidratação mais rápida, tanto na drenagem livre na etapa de pré-espessamento, bem como sob pressão na etapa de prensagem.
[0058] Após a etapa de pré-espessamento, o lodo é submetido a uma etapa de prensagem, onde uma outra segunda parte da fase aquosa é removida do lodo sob pressão ou força e é obtido um lodo prensado, seco. A etapa de prensagem pode demorar 1 - 20 min, tipicamente 2 - 20 min. A etapa de prensagem pode ser realizada usando, por exemplo, uma prensa de rosca, filtro de cinto ou semelhante, preferencialmente uma prensa de rosca. De acordo com uma concretização preferível, o lodo prensado, seco saindo da etapa de prensagem, tem um teor de sólidos de pelo menos 30% em peso, preferencialmente, pelo menos 45% em peso, mais preferencialmente, pelo menos 50% em peso, às vezes até pelo menos 60% em peso. Por exemplo, após a etapa de prensagem, o lodo pode ter um teor de sólidos na faixa de 30 - 75% em peso, preferencialmente 48 - 65% em peso. O alto teor de sólidos do lodo torna-o adequado para incineração ou processamento adicional para aterros sanitários ou semelhantes. O lodo pode sair da etapa de prensagem como folha não-contínua ou em forma de caroços irregulares.
EXPERIMENTAL
[0059] Algumas concretizações da invenção são descritas nos seguintes exemplos não limitantes.
Procedimento Geral para Medida da Quantidade de Insolúveis em uma Composição de Polímero
[0060] A quantidade de insolúveis em uma composição de polímero foi medida como segue.
[0061] Encheu-se um copo de béquer de 1000 ml com 900 ml de água potável tendo a temperatura de 25°C, e agitou-se, com um vortex máximo , a aproximadamente 450 rpm. Pesou-se 1 g ± 0, 001 g de amostra do polímero seco, em balança analítica e polvilhado em lado do vórtice da água. Continuou-se a agitação por 60 minutos na mesma velocidade. O conteúdo do béquer foi filtrado através de uma peneira de aço inoxidável com aberturas de 300 mÍcrons. O béquer foi lavado abundantemente com água potável (25°C), derramando as lavagens através da peneira. A peneira foi lavada água potável corrente (25°C) até que o efluente estava livre de polímero (5 - 10 minutos) e então permitiu a drenagem. A quantidade de substâncias insolúveis foi detectada por inspeção visual e expressa como o número de grumos (peças) insolúveis visíveis na peneira.
Procedimento Geral para a Medida da Viscosidade Padrão de uma Composição de Polímero
[0062] A viscosidade padrão de uma composição de polímero foi medida como segue.
[0063] Foram pesados 200,0 g (± 0,1 g) de água deionizada, condutividade < 10 mS/cm, em um béquer de forma alta de 600 ml. A água é agitada com um agitador magnético no vortex máximo. 0,33 g (± 0, 001 g) de polímero é polvilhado lentamente no vortex durante um período de 15 segundos. O suporte usado da pesagem é batido com um dedo para derrubar todas as partículas restantes do polímero na solução. A agitação é continuada, no vortex máximo, por um máximo de 5 minutos, até que o polímero esteja dispersado. Depois disto, a agitação é continuada por mais 25 minutos, em um ajuste de 350 rpm.
[0064] 117,5 g (± 0,1 g) de solução de NaCl, que é preparada dissolvendo 700 g de NaCl a 4000 g de água, são adicionados ao copo de béquer e agitação é continuada por um adicional de 5,0 min (± 15 segundos). Este limite de tempo não deve ser excedido.
[0065] A solução é filtrada através da peneira de aço inoxidável de malha de 250 mÍcrons, tendo o diâmetro de 10 cm. Uma alíquota de 16 ml de solução filtrada é medida em um viscosímetro Brookfield usando um adaptador UL, a 25°C, na velocidade especificada. Três leituras são tomadas na primeira alíquota, a primeira leitura é ignorada e, desde que as duas leituras seguintes estejam dentro de 0,05 cP, a média das duas leituras é calculada. Se as duas leituras a seguir forem maiores que 0,05 CP separadas, então a amostra será desconsiderada e o processo será repetido usando uma segunda alíquota. Os resultados são registrados com 2 decimais.
Exemplo de Preparação das Composições de Polímero Usadas nos Experimentos Composições da invenção
[0066] O primeiro polímero hospedeiro (HP1) foi um copolímero de acrilamida e DADMAC, polimerizado usando 80-90% em mol de monômeros de acrilamida e 10 - 20% em mol de monômeros DADMAC. Isso significa que a quantidade de DADMAC foi 20 - 36% em peso, calculado a partir do peso total dos monômeros utilizados para polimerização do primeiro polímero hospedeiro. O primeiro polímero hospedeiro teve peso molecular ponderal médio de 10 000 Da, medido por GPC - SEC com PEO como polímero padrão, e uma carga catiônica de 1,2 - 2,2 meq/g.
[0067] O segundo polímero era copolímero de acrilamida e cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl). Antes da polimerização do segundo polímero, os monômeros usados, agente de transferência de cadeia, primeiro polímero hospedeiro e tampão do pH na água, foram desgaseificados com nitrogênio, à temperatura ambiente. Monômeros de acrilamida foram adicionados em quantidade de 90 - 98,5% em mol e monômeros de ADAM-Cl foram adicionados em uma quantidade de 1,5 - 10% em mol, conforme apresentado na Tabela 1, a uma solução do primeiro polímero hospedeiro. A diferença na cationicidade do primeiro polímero hospedeiro e do segundo polímero é apresentada na Tabela 1; o primeiro polímero hospedeiro tendo cationicidade mais alta que o segundo polímero. A solução de reação obtida foi arrefecida a -3°C, um iniciador adicionado e a reação de polimerização foi iniciada. A polimerização foi feita em um reator de batelada e foi adiabática. Após 30 - 40 minutos, a reação de polimerização foi terminada. O gel de polímero obtido foi processado por trituração e secagem. Uma composição do polímero na forma de um pó fino foi obtida.
[0068] As composições do polímero C1, C2, C3, C4m e C5m compreendiam 2 - 8% em peso do primeiro polímero hospedeiro e 92 - 98% em peso do segundo polímero.Tabela 1: Composições de polímero testadas de acordo com a invenção
Figure img0001
Composições de referência R1, R2, R3, R7m:
[0069] As composições de referência R1, R2, R3 e R7m foram copolímeros de acrilamida e de cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl). A densidade de carga e a viscosidade padrão dessas composições de referência são fornecidas na Tabela 2. Tabela 2: Quantidades de monômero usadas e propriedades de polímero para as composições de referência R1,R2, R3 e R7m.
Figure img0002
Composições de referência R4 e R4m:
[0070] As composições de referência R4 e R4m foram preparadas misturando 2 - 8 de % em peso de um copolímero de acrilamida e DADMAC juntamente com 92 - 98% em peso de um copolímero de acrilamida e ADAM-Cl. Isto significa que as composições de referência R4 e R4m são blendas de dois diferentes copolímeros de acrilamida. As propriedades do copolímero de acrilamida e DADMAC correspondem às propriedades do primeiro polímero hospedeiro dado acima. A diferença de cationicidade entre o copolímero de acrilamida e DADMAC e o copolímero de acrilamida e de ADAM-Cl foi de 11 - 19% em mol para a composição de referência R4 e de 3 - 6% em mol para a composição de referência R4m. O copolímero de acrilamida e DADMAC teve uma cationicidade mais alta do que o copolímero do acrilamida e Adam-Cl. A densidade de carga, tal como medida pela titulação da carga Mütek, foi de 0,27 meq/g para a composição de referência R4 e 1,24 meq/g para a composição de referência R4m. Pretende-se que os componentes individuais da composição de referência R4, correspondam ao primeiro polímero hospedeiro e segundo polímero da composição do polímero C3, mas a composição de referência R4 é preparada como uma blenda, misturando dois polímeros individuais. Da mesma forma, componentes individuais da composição de referência R4m correspondem ao primeiro polímero hospedeiro e segundo polímero de composições poliméricas C4m e C5m, mas a composição de referência R4m é preparada como uma blenda, misturando dois polímeros individuais.
Composição de referência R5m:
[0071] A composição de referência R5m foi preparada polimerizando 92 - 98% em peso de um copolímero de acrilamida e ABAM-Cl, na presença de 2 - 8% em peso de poliamina, que foi um copolímero de epicloridrina e dimetilamina e tem um peso molecular ponderal médio de 2000 g/mol, medido com GPC-SEC, utilizando PEO como polímero padrão. 90% em mol de monômeros de acrilamida e 10% em mol de monômeros de ADAM-Cl foram adicionados a uma solução do copolímero de epicloridrina e dimetilamina e polimerizados. A densidade de carga da composição de referência R5m, tal como medida por titulação da carga Mütek, foi de 0,3 meq/g, e a viscosidade padrão 4,7 mPa.s. A composição de referência R5m é semelhante às composições de polímero C1, C4m e C5m, mas a composição de referência R5m é preparada usando polímero diferente como o primeiro polímero hospedeiro.
EXEMPLOS DE DRENAGEM Exemplo de Drenagem 1 Preparação da polpa
[0072] Cartão de testliner da Europa Central foi usado como matéria-prima. Este cartão testliner compreendeu aproximadamente 17% de cinza e 5% em peso (calculado à polpa seca) de amido de tamanho de superfície, que foi enzimaticamente degradado a partir amido de milho nativo. O cartão testliner foi cortado em quadrados de 2 x 2 centímetros. A água de diluição foi feita de água potável ajustando a concentração de Ca2+ a 520 mg/l com CaCl2 e ajustando a condutividade a 4 mS/cm com NaCl. 2,7 l de água de diluição foram aquecidos a 85°C. As peças do cartão testliner foram molhadas por 5 minutos na água de diluição aquecida, em uma concentração de 2% antes da desintegração das peças para dar um lodo de estoque. Para a desintegração foi utilizado um desintegrador de frascos Britt, com 30 000 rotações. Após a desintegração, o lodo de estoque foi diluído para 0,69% por adição de água de diluição.
Teste de Analisador de Drenagem Dinâmica (DDA)
[0073] Um analisador dinâmico da drenagem, DDA, (fabricante AB Akribi Kemikonsulter, Suécia) foi usado para medir a drenagem. O vácuo e o agitador do DDA foram calibrados e os ajustes necessários às regulagens foram feitos. O DDA foi conectado a um computador para medir o tempo entre a aplicação do vácuo e o ponto de ruptura do vácuo. Uma mudança do vácuo expressa o tempo de formação de uma rede de fibras úmida até que o ar rompa através da rede a de espessamento que indica o tempo da drenagem. Um limite de tempo de drenagem foi fixado em 30 segundos para as medições.
[0074] Nas medidas de drenagem, 500 ml da amostra de estoque foram medidos no frasco de reação. O teste de drenagem foi realizado misturando-se a amostra de estoque com o agitador em 1200 RPM, por 40 segundos, enquanto os produtos químicos a serem testados, foram adicionados em ordem predeterminada. Os tempos de adição de químicos de teste são indicados nas tabelas de resultados como tempo negativo antes do início da drenagem. O teste de drenagem utilizou um fio com aberturas de 0,25 mm. Foi utilizado vácuo de 300 mbar por 30 segundos após a drenagem. O tempo de drenagem foi registrado. A turbidez do filtrado foi medida imediatamente. A folha úmida foi pesada para calcular o índice seco após a formação. A prensagem úmida das folhas foi completada individualmente, imediatamente após os testes de drenagem em prensa úmida de Lorenz & Wettre por 1 min, à pressão de 4 bar, em 2 papéis mata-borrão, ambos os lados da folha. A folha prensada foi pesada e pesada novamente após 5 min de secagem no secador de placa quente de Lorenz & Wettre, para calcular o conteúdo seco após prensagem.
Resultados do Exemplo 1 de Drenagem
[0075] Os resultados de drenagem do Exemplo1 são apresentados na Tabela 3.Tabela 3: Resultados de drenagem do Exemplo 1 de Drenagem.
Figure img0003
[0076] A Tabe foi conseguido co a 3 mostra que um tempo de drenagem mais rápido as composições de polímeros da invenção C4m e C5m, quando comparados aos polímeros de referência R1, R5m, R7m. Uma melhoria no desempenho da drenagem pode ser observada já com uma baixa dosagem do polímero C4m ou C5m, que ajuda a reduzir a quantidade de polímero necessário na produção do papel e cartão. Especialmente, pode-se observar que as composições C4m e C5m de acordo com a presente invenção, onde o primeiro polímero hospedeiro é um copolímero de acrilamida e DADMAC, têm drenagem mais rápida em comparação com a composição de referência R5m, onde o primeiro polímero hospedeiro é poliamina. Baixa turbidez de filtrado, que indica boa retenção de finos e cargas de enchimentos, bem como boa retenção de partículas coloidais, foram alcançadas com as composições da invenção, especialmente com a composição C4m, tendo um alto valor de viscosidade padrão.
[0077] A Tabela 4 mostra que o teor seco da folha foi melhorado após a formação e após a prensagem. A baixa dosagem do polímero foi benéfica para o teor seco da folha após a pressão.Tabela 4: Resultados de teor seco
Figure img0004
Exemplo 2 de drenagem
[0078] A mesma polpa de teste, polímeros e métodos de teste foram utilizados no Exemplo 2 de Drenagem do que no Exemplo 1 de Drenagem.
[0079] No Exemplo 2 de Drenagem, a polpa de teste foi diluída para uma consistência de 0,50% com a mesma água de diluição de condutividade ajustada que foi utilizada no Exemplo 1. A retenção foi calculada como o peso da folha DDA seca para o peso seco da polpa alimentada à DDA.
Resultados do Exemplo 2 de Drenagem
[0080] Os resultados do Exemplo 2 de drenagem são apresentados na Tabela 5. A Tabela 5 mostra melhoria na drenagem e na turbidez do filtrado com as composições de polímero da invenção C4m e C5m, quando comparados aos polímeros de referência.
[0081] Micropartículas (MP), tais como bentonita, sílica ou partículas de polímero reticulado, podem ser usadas como parte do sistema de retenção e drenagem para melhorar drenagem ou retenção ainda mais. A adição de bentonita foi testada para demonstrar o efeito de micropartículas junto com as composições de polímeros da invenção. A bentonita torna a drenagem mais rápida e reduz a turbidez ainda mais. Observa-se que a composição do polímero de acordo com a invenção provê melhorias também quando é usado em conjunto com micropartículas.Tabela 5: Resultados de drenagem do Exemplo 2 de drenagem
Figure img0005
[0082] A Tabela 6 mostra a retenção e o teor seco da folha após formação e após prensagem, quando diferentes polímeros foram utilizados. Observa-se que a retenção, o teor seco após formação e o teor seco após prensagem foram melhorados quando se utilizou uma composição de polímero de acordo com a invenção, em comparação com uma blenda de polímeros como descrito acima. A melhoria foi conseguida já no nível relativamente baixo de dosagem de 0,15 kg/t da polpa seca.Tabela 6: Teor seco e de retenção da folha após formação e prensagem.
Figure img0006
EXEMPLOS DE DESIDRATAÇÃO DE LODO
[0083] Os aparelhos e métodos utilizados nos exemplos de desidratação de lodo são apresentados na Tabela 7. Tabela 7: Caracterização dos aparelhos e métodos utilizados em exemplos de desidratação de lodo.
Figure img0007
[0084] O conteúdo de fibra utilizável foi determinado medindo 100 g de lodo a um fio de 150 μm, onde a distância entre as linhas de fio é de 150 μm, ou seja, malha 100 de tela. A lama foi lavada com água corrente até que todo o outro material, exceto as fibras, fosse removido pela lavagem. Após isto as fibras foram coletadas do fio e secadas no forno em 105°C durante a noite. As fibras secas foram pesadas. O conteúdo de fibra utilizável (150 μm de fio) foi calculado usando-se a equação (1):
Figure img0008
[0085] A capacidade de desidratação por gravidade do lodo foi testada com Polytest. As amostras de lodo foram filtradas com cilindro Polytest de 10 cm de diâmetro, utilizando-se um pano de fio com permeabilidade ao ar de 5400 m3/m2h. As linhas/cm foram 13,0/5,9. A quantidade da amostra de lodo foi de 200 - 400 g, mas sempre idêntica entre as amostras comparadas. A mistura da composição de polímero foi feita com agitador do motor em recipiente de mistura desconcentrado. A velocidade de mistura foi de 600 rpm e o tempo de mistura foi de 10 segundos.
Desidratação de lodo - Exemplo 1
[0086] Este exemplo simula o processo de desidratação de lodos de resíduos combinados a partir da fábrica de celulose ou papel. As propriedades de lodo mensuradas são apresentadas na Tabela 8.Tabela 8. Propriedades do lodo de resíduo combinado no Exemplo 1 de desidratação de lodo.
Figure img0009
[0087] As composições do polímero foram diluídas para 0,1% de concentração antes da dosagem ao lodo. A taxa de desidratação foi testada com Polytest, como descrito acima. As doses de polímero foram 0,84 kg/tonelada de lodo seco. A amostra de lodo foi 400 g. A quantidade de água drenada foi medida após 10, 25 e 55 segundos. O teor de sólidos suspensos foi medido a partir da água de rejeição drenada. Os resultados desses experimentos são apresentados na Tabela 9.Tabela 9: Resultados para drenagem e sólidos suspensos de água de rejeição.
Figure img0010
[0088] A composição do polímero C1 de acordo com a invenção, apresentou melhor desempenho do que a composição de referência R1. A composição do polímero C1 teve uma drenagem mais rápida e melhor qualidade da água de rejeição do que a composição de referência R1. Todos esses fatores são importantes para a desidratação de lodo econômica.
Desidratação de lodo - Exemplo 2
[0089] Este exemplo simula o processo de desidratação de lodo de polpa destintagem de papel de jornal (DIP). Lodo DIP refere-se a lodo que é gerado no processamento e repolpeamento papel reciclado ou cartão. As propriedades de lodo medidas são apresentadas na Tabela 10.Tabela 10: Propriedades do lodo DIP no Exemplo 2 de desidratação de lodo.
Figure img0011
[0090] As composições do polímero foram diluídas para 0,1% de concentração antes da dosagem ao lodo. A taxa de desidratação foi testada com Polytest como descrito acima. As doses de polímero foram de 0,9 kg/tonelada de lodo seco. As amostras de lodo foram de 400 g. A quantidade de água drenada foi medida após 10 e 25 segundos. O teor de sólidos suspensos foi medido a partir da água de rejeição drenada. Os resultados desses experimentos são apresentados na Tabela 11. Tabela 11: Resultados para drenagem e sólidos suspensos de água de rejeição.
Figure img0012
[0091] A composição do polímero C2 de acordo com a invenção, apresentou melhor desempenho do que a composição de referência R2. A composição do polímero C2 teve drenagem mais rápida e melhor qualidade da água de rejeição do que a composição de referência industrial R2. Todos esses fatores são importantes para a desidratação de lodo econômica.
Desidratação de lodo - Exemplo 3
[0092] Este exemplo simula o processo de desidratação de lodo de polpa de destintagem de papel de jornal. As propriedades de lodo medidas são apresentadas na Tabela 12. Tabela 12: Propriedades do lodo DIP no Exemplo 3 de desidratação de lodo.
Figure img0013
[0093] As composições do polímero foram diluídas para 0,1% de concentração antes da dosagem ao lodo. A taxa de desidratação foi testada com Polytest, como descrito acima. As doses de polímero foram de 0,75 kg/tonelada de lodo seco e 1,0 kg/tonelada de lodo seco. O tamanho das amostras de lodo foi de 400 g. A quantidade de água drenada foi medida após 10 e 25 segundos. O teor de sólidos suspensos foi medido a partir da água de rejeição drenada. Após o Polytest a amostra de lodo foi prensada com a mini prensa Afmitec Friesland B.V.® por 60 segundos, com pressão de 5 bar. O teor de sólidos secos da amostra de lodo foi medido após a prensagem. Os resultados desses experimentos são apresentados na Tabela 13.Tabela 13: Resultados de drenagem, SS na água de rejeição e DS após prensagem
Figure img0014
[0094] A composição do polímero C3 de acordo com a invençãoteve melhor desempenho do que a composição de referência R3. A composição do polímero C3 teve uma drenagem mais rápida, melhor qualidade da água de rejeição e sólidos secos mais altos após prensagem, do que a composição de referência industrial R3. Todos esses fatores são importantes para a desidratação de lodo econômica. Desidratação de lodo - Exemplo 4
[0095] Este exemplo simula o processo de desidratação de lodo de polpa de destintagem de papel de jornal. As propriedades de lodo medidas são apresentadas na Tabela 14.Tabela 14: Propriedades do lodo DIP no Exemplo 4 de desidratação de lodo.
Figure img0015
[0096] As composições do polímero foram diluídas para 0,1% de concentração antes da dosagem ao lodo. A taxa de desidratação foi testada com Polytest, como descrito acima. As doses de polímero foram de 0,75 kg/tonelada de lodo seco e 1,0 kg/tonelada de lodo seco. O tamanho das amostras de lodo foi de 200 g. A quantidade de água drenada foi medida após 5 segundos. A turbidez e o teor de sólidos suspensos foram medidos a partir da água de rejeição drenada. Os resultados desses experimentos são apresentados na Tabela 15.
[0097] Os resultados mostram a diferença entre a composição de polímero de acordo com a presente invenção e a blenda de componentes de polímero semelhantes.Tabela 15: Resultados para drenagem, sólidos suspensos em água de rejeição e turbidez
Figure img0016
[0098] A composição do polímero C3 de acordo com a invenção tem melhor desempenho do que a composição de referência R4 compreendendo uma blenda de polímeros individuais correspondentes. A composição C3 do polímero teve uma secagem mais rápida e uma melhor qualidade do filtrado. Ambos esses fatores são importantes para a desidratação de lodo econômica. Isto demonstra que uma composição do polímero de acordo com a invenção atual é benéfica comparada a uma mistura de polímeros individuais correspondentes.
[0099] Mesmo se a invenção foi descrita com referência ao que presentemente parecem ser concretizações as mais práticas e preferidas, aprecia-se que a invenção não deve se limitar às concretizações acima, mas a invenção pretende cobrir também diferentes modificações e soluções técnicas equivalentes no escopo das reivindicações anexas.

Claims (15)

1. Composição de polímero caracterizada pelo fato de compreender - no máximo 10% em peso de um primeiro polímero hospedeiro, calculado a partir do material polimérico total da composição, como seco, que o primeiro polímero hospedeiro é um copolímero de (met)acrilamida e, pelo menos, um primeiro monômero catiônico e tem um peso molecular ponderal médio < 50 000 g/mol, - um segundo polímero, que é um copolímero de (met)acrilamida e pelo menos um segundo monômero catiônico, o segundo polímero sendo polimerizado na presença do primeiro polímero hospedeiro, em que o primeiro polímero hospedeiro tem uma cationicidade mais alta do que o segundo polímero, a diferença em cationicidade do primeiro polímero hospedeiro e do segundo polímero sendo pelo menos 3% em mol, preferencialmente pelo menos 5% em mol, mais preferencialmente pelo menos 7% em mol, e em que a composição do polímero tem uma densidade de carga de no máximo 3,0 meq/g e uma viscosidade padrão de > 2,0 mPa.s, dissolvidos e medidos em 0,1% em peso de teor de sólidos de uma solução aquosa de NaCl (1 M), a 25°C, usando viscosímetro Brookfield DVII T com adaptador UL.
2. Composição de polímero de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição de polímero está na forma de um produto particulado seco.
3. Composição de polímero de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a composição de polímero tem um teor de sólidos de pelo menos 80% em peso, preferencialmente pelo menos 85% em peso, mais preferencialmente pelo menos 90% em peso.
4. Composição de polímero de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que a composição de polímero tem uma densidade de carga de no máximo 2,0 meq/g.
5. Composição de polímero de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o primeiro e/ou segundo monômero é selecionado de acrilato de 2-(dimetil amino) etila (ADAM), cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl), benzil cloreto de acrilato de 2-(dimetil amino) etila, dimetil sulfato de acrilato de 2-(dimetil amino) etila, metacrilato de 2-dimetil amino etila (MADAM), cloreto de [2-(metacriloil óxi) etil] trimetil amônio (MADAM-Cl), dimetil sulfato de metacrilato de 2-dimetil amino etila, cloreto de [3-(acriloil amino) propil] trimetil amônio (APTAC), cloreto de [3-(metacriloil amino) propil] trimetil amônio (MAPTAC) e cloreto de dialil dimetil amônio (DADMAC).
6. Composição de polímero de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o primeiro monômero catiônico e o segundo monômero catiônico são diferentes um do outro, preferencialmente o primeiro monômero catiônico sendo cloreto de dialil dimetil amônio e o segundo monômero catiônico sendo cloreto de [2-(acriloil óxi) etil] trimetil amônio.
7. Composição de polímero de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o segundo polímero tem cationicidade de no máximo 60% em mol, preferencialmente no máximo 50% em mol, mais preferencialmente no máximo 20% em mol , ainda mais preferencialmente 15% em mol, de maior preferência, no máximo 10% em mol.
8. Composição de polímero de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o primeiro polímero hospedeiro tem cationicidade de no máximo 80% em mol, preferencialmente no máximo 60% em mol, mais preferencialmente no máximo 40% em mol , ainda mais preferencialmente 30% em mol.
9. Composição de polímero de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a composição de polímero tem uma viscosidade padrão de > 3 mPa.s, preferencialmente > 3,7 mPa.s, mais preferencialmente > 4,5 mPa.s medida a 0,1% em peso de teor de sólidos em uma solução aquosa de NaCl (1 M), a 25°C, usando viscosímetro Brookfield DVII T com adaptador UL.
10. Uso da composição de polímero como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de ser para desidratação de lodo.
11. Uso de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dosagem da composição de polímero é < 20 kg/tonelada de lodo seco, preferencialmente < 5 kg/tonelada de lodo seco, mais preferencialmente < 3 kg/tonelada de lodo seco.
12. Uso da composição de polímero como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de ser como agente de drenagem na fabricação de papel ou cartão.
13. Uso de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a dosagem da composição de polímero é 0,05 - 1,0 kg/ tonelada de papel seco, preferencialmente 0,1 - 0,5 kg/tonelada de papel seco.
14. Método para fazer papel ou cartão, caracterizado pelo fato de compreender: - obter um estoque de fibra, - adicionar um agente de drenagem ao estoque de fibra, - formar o estoque de fibra em uma rede de fibra, sendo que o agente de drenagem compreende um componente de polímero como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de permitir o estoque de fibra passar por um número de estágios de cisalhamento e adicionar o agente de drenagem compreendendo a composição de polímero, ao estoque de fibra 3 - 60 s, preferencialmente 4 - 15 s, antes de formar a rede de fibra.
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