BR112020004551B1 - Composição de tratamento de superfície para a aplicação em uma superfície de papel, papelão ou similar e seu uso - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a uma composição de tratamento de superfície compreendendo poliacrilamida aniônica, que tem um peso molecular médio ponderal, mw, na faixa de 100.000 a 2.000.000 g/mol e glioxal livre. além disso, a invenção refere-se ao uso da composição de tratamento de superfície, a um método para a produção de papel, papelão ou similar e a um produto de papel.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a uma composição de tratamento de superfície para uma aplicação em uma superfície de papel, papelão ou similar, e ao uso da composição de tratamento de superfície de acordo com as reivindicações em anexo. Além disso, a presente invenção refere-se a um método para a produção de papel, papelão ou similares e a um produto de papel.
[0002] A prensa de colagem é um método comumente usado para aplicar uma solução de amido na superfície da folha de papel seco, que é capaz de aumentar a resistência da superfície do papel. Essa tecnologia também pode fornecer outros benefícios, incluindo maior tração e rigidez e menor permeabilidade ao ar. Produtos químicos adicionais com amido, tal como emulsão de poliestireno - acrilato (SAE), poliestireno - anidrido maleico (SMA), estireno - ácidos acrílicos (SAA) ou dispersões de poliuretano (PUD) são usados para controlar a penetração de fluidos; enquanto os copolímeros de poliacrilamida e ácido acrílico são usados para aumentar ainda mais a resistência. Geralmente, polímeros de maior peso molecular tendem a fornecer propriedades de resistência do papel mais altas. No entanto, a aplicação de prensa de colagem requer baixa viscosidade da solução de polímero de modo que a solução de polímero possa ser aplicada sobre a superfície do papel. Se o peso molecular do polímero for alto, sua concentração na solução a ser aplicada poderá ser tão baixa que a aplicação não seja rentável e provavelmente o desempenho de resistência também não seja o desejado.
[0003] A poliacrilamida reticulada por glioxal (GPAM) é um polímero sintético amplamente utilizado para fornecer resistência a úmido ao papel. À medida que os volumes de descarga de água das fábricas declinam e as máquinas de papel atingem condições alcalinas de fabricação de papel, o desenvolvimento de resistência a úmido do papel na extremidade úmida através do uso de resinas de resistência a úmido de poliacrilamida glioxalada (GPAM) se torna cada vez mais desafiador.
[0004] Consequentemente, há uma necessidade contínua de novos aditivos para a fabricação de papel, tal como agentes de resistência a úmido e/ou a seco para produtos de papel, que teriam um peso molecular alto e controlável e que fossem utilizáveis sem os problemas mencionados acima.
[0005] Um objetivo desta invenção é minimizar ou até mesmo eliminar as desvantagens existentes na técnica anterior.
[0006] Um objetivo da presente invenção é fornecer uma composição para o tratamento de uma superfície de papel, papelão ou similar, pela qual as propriedades de resistência do papel, papelão ou similar possam ser melhoradas. Especialmente, o objetivo é fornecer uma composição de tratamento de superfície pela qual as propriedades de resistência a úmido e a seco de papel, papelão ou similares possam ser melhoradas simultaneamente.
[0007] Outro objetivo da presente invenção é fornecer um método para a produção de papel ou papelão aplicando a composição de tratamento de superfície, por exemplo, na prensa de colagem, sobre o papel, papelão ou similar e, simultaneamente, também fornecer maior resistência a úmido e a seco.
[0008] Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer um método simples e econômico para a produção de papel, papelão ou similares, o que também melhora a capacidade de operacionalidade.
[0009] O objetivo da presente invenção é também fornecer um produto de papel com propriedades de resistência melhoradas. Especialmente, é um objetivo fornecer papel fino revestido leve e melhorado.
[0010] Estes objetivos são atingidos com uma composição de tratamento de superfície e um método tendo as características apresentadas abaixo nas partes caracterizantes das reivindicações independentes. Algumas modalidades preferenciais são descritas nas reivindicações dependentes.
[0011] Os exemplos e vantagens da modalidade mencionados neste texto referem-se, conforme aplicável, a uma composição de tratamento de superfície, seu uso, bem como a um método para a produção de papel, papelão ou similares e um produto de papel, mesmo que isso nem sempre seja especificamente indicado.
[0012] Uma composição de tratamento de superfície típica para a aplicação em uma superfície de papel, papelão ou similar, compreende: - poliacrilamida aniônica, que tem um peso molecular médio, MW, na faixa de 100 000 a 2 000 000 g/mol, e - glioxal livre.
[0013] Tipicamente, a composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção é utilizada para a colagem superficial para melhorar as propriedades de resistência a úmido e a seco do papel, papelão ou similar, mantendo a repolpabilidade (“repulpability”) do papel, papelão ou similar.
[0014] O método típico de acordo com a presente invenção para a produção de papel, papelão ou similar, compreende: - obter uma massa de fibras, - formar uma folha fibrosa a partir da massa de fibras, - secar a folha fibrosa até uma secura de pelo menos 60%, preferencialmente pelo menos 80%, mais preferencialmente pelo menos 90%, - aplicar na superfície da folha fibrosa uma composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção, em que uma folha fibrosa de superfície tratada é obtida, e - secar a folha fibrosa de superfície tratada.
[0015] O produto de papel típico de acordo com a invenção é obtido pelo método de acordo com a presente invenção, em que o produto de papel compreende poliacrilamida glioxalada in situ na superfície do papel.
[0016] Agora, foi observado que pode ser possível obter melhoras nas propriedades de resistência a úmido e a seco do papel ou papelão aplicando-se a composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção na superfície da dita folha de papel ou papelão, de modo que a construção de a folha de poliacrilamida glioxalada na superfície do papel ou papelão seja possível in situ durante os processos de fabricação de papel ou papelão. Este tipo de aplicação, por exemplo, aplicação de prensa de colagem, pode fornecer alto peso molecular do polímero e o polímero pode formar fortes ligações covalentes com fibras de celulose, que também são menos sensíveis à hidrólise após a desidratação. Em outras palavras, a presente invenção fornece um método in situ para aumentar o peso molecular do polímero, método em que uma poliacrilamida aniônica tendo viscosidade baixa o suficiente para aplicação de prensa de colagem é aplicada na superfície do papel ou papelão e o peso molecular da poliacrilamida aniônica é aumentada reagindo-se o glioxal com a poliacrilamida in situ, pelo que são alcançadas as propriedades de resistência aprimoradas do papel ou papelão.
[0017] Também foi observado que pode ser possível obter melhoras em várias das seguintes propriedades de resistência do papel ou papelão, ou seja, resistência à tração a seco, resistência a úmido após 30 minutos de imersão, representando resistência a úmido permanente, e/ou resistência à compressão STFI, utilizando a composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção para tratar ou colar a superfície da folha de papel ou papelão.
[0018] Especialmente, a melhora na resistência a úmido permanente obtida usando a presente composição de tratamento de superfície pode ser desejável, à medida que pode permitir a redução da dosagem de poliamidoamina - epicloridrina (PAE), uma resina de resistência a úmido permanente comum, à massa de fibras quando fabricando tipos de papel ou cartão que exijam resistência a úmido permanente. A redução da dosagem de PAE para resistência a úmido melhoraria a repolpabilidade do papel ou papelão, reduzindo assim a quantidade de rejeitos e resíduos nas fábricas de papel. A composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção também fornece uma fonte de resistência a úmido que não contém epicloridrina.
[0019] Além disso, quando a composição de tratamento de superfície apresentada é aplicada com amido de colagem superficial, ela pode fornecer papel ou papelão com maior resistência a úmido, bem como propriedades de resistência a seco. Também foi observado que ela aumenta a rigidez do papel, melhorando ainda mais as propriedades de formação de filme de amido. Além disso, pode ser possível obter as propriedades desejadas da superfície com menor quantidade de amido. Em adição, a composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção pode ainda compreender polímero de colagem hidrofóbico, tal como polímero de estireno - éster de ácido acrílico (SAE), que pode ser aplicado isoladamente ou com amido, para melhoras na colagem. Quando o polímero de colagem hidrofóbico é utilizado na composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção, pode ser possível compensar a perda de resistência tipicamente causada por polímeros de colagem hidrofóbicos. Sem desejar estar vinculado a nenhuma teoria, acredita- se que pelo menos alguns dos benefícios possam resultar do aumento das interações entre a poliacrilamida aniônica e o amido e/ou polímero de colagem hidrofóbico, causadas pela glioxilação in situ, incluindo a formação de noas ligações químicas, por exemplo, por ligação cruzada e/ou emaranhamento físico.
[0020] A invenção será descrita em mais detalhes com referência aos desenhos em anexo, nos quais:
[0021] A Figura 1 mostra os resultados de tração a seco de acordo com o Exemplo 2.
[0022] A Figura 2 mostra os resultados de tração a úmido após 30 minutos de imersão, de acordo com o Exemplo 2.
[0023] A Figura 3 mostra os resultados do teste de compressão STFI de acordo com o Exemplo 2.
[0024] A presente invenção refere-se a uma composição de tratamento de superfície para uma aplicação em uma superfície de papel, papelão ou similar, composição que compreende poliacrilamida aniônica e glioxal livre. A composição de tratamento de superfície inclui glioxal livre, o que significa glioxal não reagido e que é um componente que compreende pelo menos dois grupos funcionais aldeído, que são capazes de formar ligações covalentes ao grupo amida presente na poliacrilamida aniônica. Preferencialmente, a composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção está na forma de uma solução ou dispersão aquosa.
[0025] De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de tratamento de superfície pode ainda compreender polímero glioxilado, preferencialmente poliacrilamida glioxalada. Quando o glioxal livre ou uma combinação de glioxal livre e polímero glioxilado é aplicado na superfície do papel ou papelão com poliacrilamida aniônica, a formação de ligações entre os grupos funcionais aldeído e a poliacrilamida aniônica é realizada in situ durante o processo de fabricação de papel e papelão. O glioxal fornece mais grupos aldeído por grama do que polímeros glioxilados e, por outro lado, tem peso molecular muito baixo e, portanto, pode fornecer um melhor controle da viscosidade da composição de tratamento de superfície.
[0026] Foi observado que a composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção compreendendo poliacrilamida aniônica não causa choque de carga quando adicionada ao amido de colagem superficial que pode ser pelo menos levemente aniônico. Em princípio, também a poliacrilamida não iônica pode ser usada, uma vez que ela reage com o glioxal, mas então faltariam grupos carboxila de monômeros aniônicos que contribuem para a geração de resistência.
[0027] A poliacrilamida aniônica (APAM) da composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção pode ser um copolímero linear ou reticulado de (met)acrilamida e pelo menos um monômero aniônico, tal como o monômero de ácido carboxílico insaturado. De preferência, o monômero aniônico é selecionado a partir de ácidos mono ou dicarboxílicos insaturados, tal como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido itacônico, ácido crotônico, ácido isocrotônico e qualquer combinação dos mesmos. Também podem ser incluídos outros monômeros aniônicos, tal como ácido vinil sulfônico, ácido 2-acrilamida-2-metilpropano-sulfônico, ácido estireno sulfônico, ácido vinil fosfônico ou etileno glicol metacrilato fosfato. Os monômeros aniônicos podem estar na forma ácida, como seus sais correspondentes de metal alcalino solúvel em água ou dispersível, metal alcalinoterroso, e sais de amônio e qualquer combinação dos mesmos. De acordo com uma modalidade preferencial, a poliacrilamida aniônica compreende um copolímero de acrilamida e monômeros de ácido carboxílico insaturado, tal como ácido (met)acrílico, ácido maleico, ácido crotônico, ácido itacônico ou qualquer combinação dos mesmos. Preferencialmente, a poliacrilamida aniônica compreende um copolímero de acrilamida e ácido acrílico, ou um copolímero de acrilamida e ácido itacônico, ou um copolímero de acrilamida e ácido metacrílico. A poliacrilamida aniônica também pode compreender uma poli (met)acrilamida parcialmente hidrolisada, obtida por polimerização de monômeros de (met)acrilamida para obter uma poli (met)acrilamida seguida de uma hidrólise ácida ou alcalina parcial da poli (met)acrilamida para obter a poliacrilamida aniônica.
[0028] De acordo com uma modalidade preferencial da invenção, a poliacrilamida aniônica pode compreender monômeros aniônicos e (met)acrilamida em uma razão molar de 3:97 a 30:75 ou 3:97 a 30:70, preferencialmente 5:95 a 20:80, ou 5:95 a 15:85, de modo a obter as propriedades desejadas de resistência a úmido do papel. Quanto mais grupos carboxila presentes no polímero, melhor a geração de resistência, mas se houver muitos monômeros aniônicos presentes, não há acrilamida suficiente cujos grupos amida são necessários para a reação com aldeído e então o peso molecular da poliacrilamida glioxalada formada in situ permanece baixo com menor geração de resistência.
[0029] A poliacrilamida aniônica pode compreender, além da acrilamida e dos monômeros aniônicos, pequenas quantidades de outros aditivos de polimerização, tal como monômeros de reticulação. Um exemplo de um monômero de reticulação adequado é a metileno bisacrilamida. A quantidade desses aditivos de polimerização é, no entanto, pequena, tal como < 1000 ppm, tipicamente < 600 ppm, mais tipicamente < 100 ppm, às vezes até < 10 ppm.
[0030] De acordo com uma modalidade da invenção, a poliacrilamida aniônica tem anionicidade na faixa de 3 a 30% em mol, de preferência 5 a 20% em mol, como 5 a 15% em mol.
[0031] A poliacrilamida aniônica pode ser obtida por polimerização em solução, polimerização em emulsão, polimerização por dispersão, ou polimerização em gel. Por conseguinte, a poliacrilamida aniônica pode estar na forma de um polímero em solução, um polímero em emulsão, um polímero de dispersão ou um pó seco. Preferencialmente, a poliacrilamida aniônica é um polímero em solução com um teor de sólidos secos de 10 a 30% em peso, fornecendo uma preparação mais fácil da composição de tratamento de superfície. Se o polímero seco for usado, ele pode ser dissolvido e diluído em água para obter uma concentração de 0,5 a 3% em peso da substância polimérica antes do uso.
[0032] De acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, a poliacrilamida aniônica tem um peso molecular médio, MW, na faixa de 100.000 a 2.000.000 g/mol, preferencialmente 200.000 a 1.000.000 g/mol. As boas propriedades de resistência com a glioxilação in situ da poliacrilamida aniônica podem ser alcançadas quando o peso molecular médio da poliacrilamida aniônica é de 100.000 g/mol ou mais. O peso molecular da poliacrilamida aniônica afeta a viscosidade da solução de polímero e, portanto, sua aplicabilidade por prensa de colagem. A poliacrilamida aniônica é aplicável por prensa de colagem em concentração razoável, até um peso molecular médio de 2.000.000 g/mol. Se o peso molecular do polímero aniônico for maior, uma menor concentração do mesmo deve ser usada na composição de tratamento de superfície para fornecer aplicabilidade por prensa de colagem, o que significa maior quantidade de água a ser aplicada na superfície do papel e, portanto, maior necessidade de capacidade de secagem, e até maior risco de quebra da folha.
[0033] O valor do "peso molecular médio" reflete a magnitude do comprimento da cadeia polimérica. Os valores médios do peso molecular médio podem ser medidos por cromatografia de exclusão de tamanho, tal como GPC (cromatografia de permeação em gel). Alternativamente, os valores médios do peso molecular podem ser calculados a partir dos resultados de viscosidade intrínseca medidos de uma maneira conhecida em NaCl a 1N a 25° C usando um viscosímetro capilar Ubbelohde. O capilar selecionado é apropriado, e nas medições, um viscosímetro capilar Ubbelohde com constante K = 0,005228 pode ser usado. O peso molecular médio pode então ser calculado a partir do resultado da viscosidade intrínseca de uma maneira conhecida, usando a equação de Mark-Houwink [n] = K • Ma, onde [n] é viscosidade intrínseca, peso molecular M (g/mol) e K e um são parâmetros fornecidos em Polymer Handbook, quarta edição, volume 2, editores: J. Brandrup, E. H. Immergut e E. A. Grulke, John Wiley & Sons, Inc., USA, 1999, p. VII/11 para poli (acrilamida). Por conseguinte, o valor do parâmetro K é 0,0191 ml/g e o valor do parâmetro a é 0,71. A faixa de peso molecular médio fornecida para os parâmetros nas condições utilizadas é de 490.000 a 3.200.000 g/mol, mas os mesmos parâmetros podem ser usados para descrever a magnitude do peso molecular também fora dessa faixa.
[0034] Uma poliacrilamida aniônica com peso molecular ideal pode ser obtida por degradação da poliacrilamida aniônica seca. Tipicamente, a poliacrilamida aniônica degradada pode ser obtida por clivagem da espinha dorsal da poliacrilamida aniônica de alto peso molecular (HMW) em uma solução aquosa usando um agente de degradação, fornecendo assim uma poliacrilamida aniônica degradada tendo uma viscosidade padrão reduzida e peso molecular, em comparação com a poliacrilamida aniônica de HMW original. Deste modo, o peso molecular da poliacrilamida aniônica de HMW original pode ser diminuído de maneira controlada na solução aquosa. Como usado aqui, o termo "agente de degradação" refere-se a qualquer composto ou mistura de compostos que é capaz de reduzir a viscosidade padrão de uma poliacrilamida aniônica quando em um ambiente aquoso, clivando a espinha dorsal da poliacrilamida, ou seja, a cadeia principal da poliacrilamida, em fragmentos. O efeito do agente de degradação e a clivagem da espinha dorsal do polímero podem ser vistos na viscosidade decrescente do meio aquoso que compreende a poliacrilamida. A solução aquosa da poliacrilamida aniônica degradada é tipicamente obtida por dissolução de uma mistura de poliacrilamida aniônica seca e agente de degradação seco em um meio aquoso. A poliacrilamida aniônica seca se degrada e se dissolve facilmente em um meio aquoso, tal como água, em temperatura ambiente na presença de uma quantidade adequada de agente de degradação, pelo que é obtida uma solução compreendendo a poliacrilamida aniônica degradada. O agente de degradação, na forma seca ou líquida, também pode ser incorporado durante a dissolução da poliacrilamida aniônica. A concentração de polímero da solução aquosa pode ser de 0,1 a 10% em peso, preferencialmente 0,2 a 5% em peso, mais preferencialmente 0,3 a 4% em peso. A poliacrilamida aniônica degradada obtida é degradada quimicamente. O equipamento de dissolução convencional pode ser usado para preparar a poliacrilamida aniônica degradada.
[0035] O agente de degradação pode ser qualquer composto ou mistura de compostos capazes de romper, isto é, clivar a espinha dorsal da poliacrilamida aniônica em um ambiente aquoso em fragmentos poliméricos menores. Isto tem o efeito de reduzir a viscosidade padrão do polímero de poliacrilamida aniônica. O agente de degradação pode ser selecionado a partir de compostos ou misturas de compostos capazes de reduzir a viscosidade padrão da poliacrilamida aniônica em pelo menos 10%, preferencialmente em pelo menos 20%, mais preferencialmente em pelo menos 30%, ainda mais preferencialmente em pelo menos 50%. Como uma comparação, uma mera hidrólise de grupos funcionais a partir de cadeias laterais, por exemplo, de um copolímero à base de (met)acrilamida não causa redução suficiente da viscosidade. Em uma modalidade, o agente de degradação é selecionado a partir de agentes de degradação oxidantes, agentes de degradação redutores, e quaisquer combinações dos mesmos. De preferência, o agente de degradação é um agente de degradação redutor. Em uma modalidade, o agente de degradação oxidante é selecionado a partir do grupo que consiste em percarbonato de sódio, hipoclorito de sódio, persulfato de sódio, persulfato de potássio, persulfato de amônio, peróxido de hidrogênio, perborato de sódio e quaisquer combinações dos mesmos. Em uma modalidade, o agente de degradação redutor é selecionado a partir do grupo que consiste em um composto de ferro, boro-hidreto de sódio (NaBH4), ditionito de sódio e qualquer combinação dos mesmos. Em uma modalidade preferencial, o agente de degradação compreende um composto de ferro. Este composto é vantajosamente um composto ferroso tal como um sal ferroso ou um composto férrico tal como um sal férrico, estando estes disponíveis na forma de pó seco. O agente de degradação também pode estar na forma de uma solução. Os compostos de ferro são geralmente compostos ecologicamente corretos. O termo ferroso é usado de acordo com seu significado habitual para indicar um composto de ferro divalente (estado de oxidação +2 ou Fe (II)). O termo férrico é usado de acordo com seu significado habitual para indicar um composto de ferro trivalente (estado de oxidação +3 ou Fe (III)). Em uma modalidade exemplificativa, o sal ferroso compreende um ânion orgânico, um ânion inorgânico ou uma mistura dos mesmos. Em uma modalidade vantajosa, o sal ferroso é citrato ferroso, cloreto ferroso, brometo ferroso, fluoreto ferroso, sulfato ferroso, sulfato de ferro e amônio ou combinações dos mesmos. Em uma modalidade, o agente de degradação contendo ferro compreende sulfato ferroso. Em uma modalidade exemplificativa, o sal férrico compreende um ânion orgânico, um ânion inorgânico ou uma mistura dos mesmos. Em modalidades exemplificativas, o sal férrico é citrato férrico, cloreto férrico, brometo férrico, fluoreto férrico, sulfato férrico e combinações dos mesmos. O agente de degradação de polímero mais vantajoso para uso na presente descrição é o sulfato de ferro (II). O sulfato de ferro, em particular o sulfato ferroso, é capaz de se dissolver e degradar em condições ambientes, enquanto os outros agentes de degradação exigem temperatura elevada para atingir a mesma eficácia de degradação do polímero. A degradação da poliacrilamida aniônica seca em água pode ser facilmente controlada para fazer qualquer faixa de peso molecular, ajustando o teor do agente de degradação à temperatura ambiente. As poliacrilamidas aniônicas degradadas obtidas podem ser usadas na composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção.
[0036] De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de tratamento de superfície pode compreender poliacrilamida aniônica e polímero glioxilado na relação em peso de 75:25 a 25:75 com base no peso seco.
[0037] De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de tratamento de superfície compreende glioxal livre em pelo menos 0,2% em peso, ou 0,2 a 99% em peso, de preferência pelo menos 1% em peso ou 1 a 99% em peso, calculado a partir de poliacrilamida aniônica (seco/seco). A quantidade de glioxal livre na composição de tratamento de superfície pode variar se a composição de tratamento de superfície compreender ainda amido. Na presença de amido, a composição de tratamento de superfície pode compreender glioxal livre em pelo menos 1% em peso, preferencialmente pelo menos 10% em peso ou 20% em peso, calculado a partir de poliacrilamida aniônica (seco/seco). A quantidade de glioxal livre na composição de tratamento de superfície pode variar dependendo se a composição de tratamento de superfície compreende ainda amido. Em algumas modalidades, especialmente na presença de amido, a composição de tratamento de superfície pode compreender glioxal livre em pelo menos 1% em peso, tal como 1 a 99% em peso, preferencialmente pelo menos 10% em peso, como 10 a 90% em peso, mais preferencialmente pelo menos 20% em peso, tal como 20 a 80% em peso, calculado a partir de poliacrilamida aniônica (seco/seco). Em algumas outras modalidades, especialmente na ausência de amido, a composição de tratamento de superfície pode compreender glioxal livre 0,2 - 10% em peso, preferencialmente 1 - 10% em peso e mais preferencialmente 1 - 6% em peso, calculado a partir de poliacrilamida aniônica (seco/seco).
[0038] Em uma modalidade da invenção, uma composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção tem um pH abaixo de 5, preferencialmente abaixo de 4 e mais preferencialmente abaixo de 3. Quanto menor o pH, melhor a estabilidade da composição de tratamento de superfície, de modo que pode ser mais fácil prevenir a poliacrilamida reticulada pelos grupos funcionais aldeído presentes na composição durante o armazenamento e a distribuição e assim evitar a gelificação da composição de tratamento de superfície. A mistura da composição de tratamento de superfície também pode ser preparada no local na fábrica de papel imediatamente antes do uso.
[0039] De acordo com uma modalidade preferencial da invenção, uma composição de tratamento de superfície compreende em um meio aquoso de poliacrilamida aniônica, glioxal livre e amido. Uma composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção pode ser, por exemplo, composição de colagem superficial ou composição de pré-revestimento, ou composição de revestimento de pigmento.
[0040] O amido usado na composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção pode ser qualquer amido comumente usado para aplicação na superfície. Preferencialmente, o amido é amido degradado, mais preferencialmente amido degradado e dissolvido. O amido degradado pode ser obtido submetendo-se o amido à degradação oxidativa, térmica, ácida ou enzimática. Como aqui utilizado, amido degradado significa também amidos de aplicação superficial modificados, tal como ésteres de amido, éteres de amido, amido etilado ou amido propilado. De acordo com uma modalidade preferencial da invenção, o amido é tratado com enzimas, isto é, amido enzimaticamente degradado ou termicamente degradado. Por exemplo, o amido pode ser degradado enzimaticamente no local na fábrica de papel ou papelão e misturado com a poliacrilamida aniônica em uma estação de colagem. O amido degradado pode ser amido nativo não carregado degradado, ou amido degradado levemente aniônico.
[0041] O amido pode ser qualquer amido adequado utilizado na colagem superficial, tal como batata, arroz, milho, milho ceroso, trigo, cevada ou amido de tapioca, preferencialmente amido de milho. Foi observado que os resultados de colagem para papel e papelão, especialmente as várias propriedades de resistência, que são obtidos com as composições de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção, são inesperadamente melhorados quando poliacrilamida aniônica é usada em combinação com o amido. O amido pode auxiliar no controle da penetração da poliacrilamida aniônica na folha fibrosa.
[0042] De acordo com a invenção, a composição de tratamento de superfície pode compreender amido, de preferência amido degradado, em uma quantidade de 99,5 a 1% em peso, preferencialmente 95 a 55% em peso, calculada a partir do teor seco da composição de tratamento de superfície.
[0043] De acordo com um aspecto da invenção, foi observado que a adição da composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção à solução de prensa de colagem de amido a 9% não aumentou significativamente a viscosidade da solução de amido em temperatura elevada, o que é típico para a operação de prensa de colagem. Verificou-se também que a solução de prensa de colagem contendo a composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção é estável por um tempo de circulação prolongado em temperatura elevada.
[0044] Em uma modalidade de acordo com a invenção, a composição de tratamento de superfície também pode compreender polímero de colagem hidrofóbico, preferencialmente polímero de estireno - éster de ácido acrílico (SAE), polímero de estireno - anidrido maleico (SMA), polímero de estireno - éster de anidrido maleico (SMAE), polímero de estireno - ácido acrílico (SAA), polímero de etileno - ácido acrílico (EAA), dispersão de poliuretano (PUD) ou qualquer modificação ou combinação dos mesmos. Além da poliacrilamida aniônica, glioxal livre e polímero de colagem hidrofóbico, tal como SAE, a composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção pode opcionalmente compreender amido. A modalidade compreendendo polímero de colagem hidrofóbico, tal como SAE, pode ser benéfica quando se deseja maior resistência à água da superfície do papel, por exemplo, para impedir que o papel embaça com água ou tinta, para aumentar a retenção de água ou tinta, e para melhorar a capacidade de impressão, tal como impressão offset e impressão a jato de tinta. Além disso, o uso do polímero de colagem hidrofóbico na composição de tratamento de superfície também pode ter um impacto positivo na poeira, na adesão do toner, na lisura e na permeabilidade ao ar, além de reduzir a migração de cetona nos tipos de papel tamanho AKD. A combinação de glioxal, poliacrilamida aniônica e polímero de colagem hidrofóbico, opcionalmente em conjunto com amido, pode fornecer uma melhora adicional na eficiência de colagem, como mensurável, por exemplo, pelo teste de colagem de Hercules e/ou tração inicial a úmido, em comparação com o uso apenas do polímero de colagem hidrofóbico isoladamente ou opcionalmente junto com amido. Além disso, a potencial perda por tração a seco causada pelo uso do polímero de colagem hidrofóbico isoladamente pode ser compensada em parte ou totalmente ou mesmo além disso, usando a combinação de tratamento de superfície específica desta modalidade. Embora a eficiência de colagem e a tração inicial a úmido possam ser melhoradas também pela aplicação de doses aumentadas de polímeros de colagem hidrofóbicos em composições de colagem superficial, isso pode ser indesejável para determinados tipos de papel devido a desvantagens causadas pelo aumento da dosagem de polímero de colagem hidrofóbico. Utilizando a presente modalidade de acordo com a invenção, as mesmas vantagens podem ser alcançadas, sem aumentar a dosagem do polímero de colagem hidrofóbico. Mas quando desejado, utilizando a presente modalidade de acordo com a invenção, também pode ser possível aumentar a dosagem do polímero de colagem hidrofóbico enquanto obtém algumas de suas desvantagens, tal como a tração a seco reduzida, compensada.
[0045] De acordo com uma modalidade preferencial da presente invenção, a composição de tratamento de superfície tem um teor seco de 2 a 25% em peso, preferencialmente 5 a 25% em peso e mais preferencialmente 10 a 20% em peso, calculado a partir do peso total da composição, em que é mais aplicável, por exemplo, à aplicação de prensa de colagem.
[0046] A composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção é especialmente utilizada para aumentar as propriedades de resistência do papel, papelão ou similares. Também foi observado que a composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção melhora a resistência a úmido permanente, enquanto não diminui a repolpabilidade. A repolpabilidade pode ser mantida em um bom nível ou não deteriorada, em comparação com o papel que não utiliza a composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção. Especialmente, a repolpabilidade é melhorada em comparação com um papel de referência fabricado com resina PAE de resistência a úmido. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a composição de tratamento de superfície é especialmente adequada para o tratamento da superfície do papel, que é selecionado a partir de papel fino ou papel de impressão. De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de tratamento de superfície também é adequada para o tratamento da superfície do papelão, que é usado para a fabricação de caixas de transporte de bebidas. Esses tipos de papel se beneficiam muito da resistência a úmido aprimorada da presente invenção, pois sua fabricação ou uso normalmente requer re-umedecimento ou aplicação de umidade, de modo que eles são vulneráveis à quebra da folha.
[0047] De acordo com uma modalidade da invenção, o método para a produção de papel, papelão ou similar compreende: - obter uma massa de fibras, - formar uma folha fibrosa a partir da massa de fibras, - secar a folha fibrosa até uma secura de pelo menos 60%, preferencialmente pelo menos 80%, mais preferencialmente pelo menos 90%, - aplicar na superfície da folha fibrosa uma composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção, em que uma folha fibrosa de superfície tratada é obtida, e - secar a folha fibrosa de superfície tratada.
[0048] De acordo com uma modalidade da invenção, a composição de tratamento de superfície é aplicada na superfície da folha fibrosa, tal como folha de papel ou papelão, quando a secura da folha é > 60%, preferencialmente > 80%. De acordo com uma modalidade, a folha fibrosa é seca a pelo menos 90% de secura antes de aplicar a composição de tratamento de superfície na superfície da folha fibrosa. Não é vantajoso adicionar a composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção na extremidade úmida na folha com menor secura, porque os componentes e especialmente o glioxal livre podem não reter o suficiente, portanto, devem ser adicionados na seção de secagem.
[0049] De acordo com uma modalidade da invenção, a temperatura de aplicação da composição de tratamento de superfície é > 50° C, preferencialmente 50° C a 90° C, mais preferencialmente 65° C a 85° C, ainda mais preferencialmente 60° C a 80° C. Isso melhora a estabilidade da composição de tratamento de superfície, especialmente quando ela compreende um componente de amido. As composições de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção toleram assim temperaturas de aplicação ainda mais altas, sem degradação ou outros efeitos negativos. A composição de tratamento de superfície da presente invenção pode ser aplicada na superfície do papel, papelão ou similar em um arranjo convencional de colagem superficial, tal como prensa de colagem por medição, prensa de colagem por imersão ou colagem por aspersão.
[0050] De acordo com algumas modalidades, a massa de fibras compreende pelo menos 50%, preferencialmente pelo menos 60%, tal como pelo menos 70% ou pelo menos 80%, ou até cerca de 100%, com base no peso seco, com base no papel, papelão ou similares, tal como uma camada individual, de material de fibra reciclada. Essas modalidades podem se beneficiar significativamente da presente invenção, à medida que as fibras obtidas a partir do material de fibra reciclada podem ter sofrido várias rodadas de reciclagem, o que deteriora a resistência intrínseca da fibra e a qualidade geral, tal como o comprimento da fibra, deteriorando assim as propriedades de uso final do papel, particularmente a resistência. A resistência intrínseca reduzida pode aumentar o risco de quebras da folha de papel, impactando negativamente na produtividade e na eficiência geral do processo.
[0051] Especialmente, foi observado que, aplicando a composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção com a solução de amido de prensa de colagem sobre a superfície do papel ou papelão, o papel ou papelão resultante desenvolve uma resistência a úmido permanente muito maior (30 min de tração a úmido) do que a mistura usando poliacrilamida com amido de prensa de colagem. Ao melhorar a resistência a úmido por aplicação na superfície, pode ser possível diminuir a dosagem dos agentes de resistência a úmido na massa de fibras. Aumentando a resistência a úmido permanente por aplicação na superfície, a repolpabilidade pode permanecer inalterada, como pode ser o caso quando agentes de resistência a úmido permanente, tal como PAE, são adicionados à massa de fibras.
[0052] A composição de tratamento de superfície e o método para a produção de papel, papelão ou similares de acordo com a invenção podem fornecer um benefício adicional de reciclagem aprimorada de folha fibrosa de superfície tratada não utilizável, ou seja, resíduo, à medida que as condições menos severas podem ser usadas na massa de papel para quebrar o resíduo, e a quantidade de rejeito pode ser reduzida. Além disso, ao usar amido, especialmente amido degradado, na composição de tratamento de superfície, a reação in situ entre glioxal, poliacrilamida aniônica e amido pode tornar o amido associado ou em rede com os outros materiais, aumentando assim seu peso molecular e/ou carga no resíduo despolpado. Dessa forma, pode ser mais fácil reter o amido em uma folha fibrosa fabricada usando o resíduo despolpado originário da folha fibrosa de superfície tratada, alcançando assim quantidade reduzida e acúmulo de amido nas águas em circulação, menor COD, e até consumo reduzido de aditivos de extremidade úmida.
[0053] Em uma modalidade da invenção, a composição de tratamento de superfície é aplicada na superfície da folha de papel ou papelão em uma quantidade tal que a dosagem da composição de tratamento de superfície seja de cerca de 0,5 a 80 kg/ton de papel/papelão como seco, preferencialmente cerca de 1 a 40 kg/ton ou 1 a 30 kg/ton de papel/papelão como seco, calculado como seco. A composição de tratamento de superfície pode ser aplicada em um lado da folha fibrosa ou em ambos os lados da folha fibrosa.
[0054] De acordo com o método da presente invenção, é vantajoso que exista também uma etapa de secagem após a aplicação da composição de tratamento de superfície de acordo com a presente invenção, de modo a promover os grupos aldeído presentes na composição para reagir com a poliacrilamida aniônica e com outros materiais carregando hidroxil, amina, amida ou outros grupos capazes de reagir com glioxal. Principalmente, quaisquer temperaturas e condições de secagem convencionais podem ser utilizadas, como 95° C a 120° C. Quanto mais alta a temperatura, mais grupos aldeído podem reagir com a poliacrilamida aniônica. Além disso, a retenção de polímero e a eficiência de trabalho podem ser aumentadas quando se aplica a composição de tratamento de superfície de acordo com a invenção à superfície do papel ou papelão através da prensa de colagem. A retenção dos produtos químicos aplicados pela aplicação de prensa de colagem pode ser próxima de 100% em comparação com as aplicações de extremidade úmida. Um benefício adicional da presente invenção é que, como a resistência do papel pode ser melhorada pela aplicação na superfície, em vez da aplicação na extremidade úmida de aditivos de resistência comuns, é possível reduzir ou evitar os inconvenientes de que a adição de aditivos de resistência comum à massa de fibras pode ter, por exemplo, na drenagem, desaguamento, floculação ou formação.
[0055] De acordo com uma modalidade da invenção, o método pode ainda compreender revestir a folha fibrosa de superfície tratada com uma composição de revestimento e secar a folha fibrosa revestida. A composição de revestimento usada no método de acordo com a presente invenção pode ser qualquer composição de revestimento comumente usada dependendo das propriedades desejadas do papel ou papelão a ser fabricado.
[0056] Algumas modalidades e aspectos da invenção são descritos nos seguintes exemplos não limitantes.
[0057] APAM1 é uma poliacrilamida aniônica obtida por polimerização em solução, com teor de sólidos de 20% em peso. A mistura de APAM1 e glioxal (40% em peso) foi preparada utilizando a relação em peso de 70:30 em base seca, misturando fisicamente esses dois produtos químicos e água de diluição. O teor seco final da mistura é de 16,1% em peso. Esta é ainda misturada com uma solução de amido degradado.
[0058] As composições de tratamento de superfície usadas no presente experimento são mostradas na Tabela 1.
[0059] A aplicação em superfície foi conduzida usando uma unidade de prensa de colagem laboratorial. A taxa de captação da solução de prensa de colagem feita pela mistura de amido e outros produtos químicos foi determinada pela diferença entre a folha de papel antes e após o tratamento. A temperatura da solução de prensa de colagem foi mantida em torno de 70° C para simular as condições operacionais da prensa de colagem comercial em máquinas de papel típicas.
[0060] Folha de base: A máquina piloto fabricou papel de tamanho ASA com um peso de base de 14,97 kg/306,58 m2 (33 lb/3.300 ft2), 15,8% de teor de cinzas, valores de HST de 6 a 8 segundos.
[0061] Amido de prensa de colagem: Cozinhar 7,8% de amido de prensa de colagem Ethylex 2025 usando o cozinhador de amido de laboratório.
[0062] Cura da folha: Após o tratamento de superfície das amostras de papel, elas foram secas usando o secador de tambor piloto a cerca de 105° C, depois foram curadas por 15 minutos a 105° C em um forno de ar forçado. Tabela 1: Resultados da Resistência do Papel *) aumento em relação ao controle de amido (%)
[0063] O efeito sinérgico da resistência a úmido da mistura de APAM1 e glioxal foi observado através do tratamento da superfície do papel de prensa de colagem. A adição da mistura de poliacrilamida aniônica e glioxal livre na solução de amido de prensa de colagem melhorou significativamente a resistência a úmido do papel sobre a condição de controle, ou seja, apenas o amido, e também sobre o controle de APAM1, apesar da dose ligeiramente menor de polímero (4,54 kg (10 lb) de APAM1 no agente de resistência da invenção corrida No. 4, contra 6,35 kg (14 lb) de APAM1 na corrida No. 3).
[0064] Os papéis de base eram de um tipo de papelão reciclado (OCC) com 1,13 kg/ton (2,5 lb/ton) de AKD como o tamanho interno.
[0065] Experimento:
[0066] Estudo de prensa de colagem: O papel de base foi cortado na dimensão de 6 polegadas por 10 polegadas. O amido Caliber 182 foi cozido a 13% de sólidos e posteriormente diluído a 12%. A solução de prensa de colagem foi transferida para uma panela após a adição de aditivos de resistência. As folhas foram mergulhadas e completamente submersas na solução e retiradas imediatamente. Depois disso, as folhas passaram por uma prensa Werner Mathis com pressão de 75% e velocidade de 3 m/min. A captação a úmido foi monitorada e as folhas foram secas a 105° C. Antes do teste físico do papel, as folhas foram condicionadas durante a noite com temperatura constante a 23° C e umidade a 50% de umidade relativa.
[0067] Resistência à tração, a seco: A resistência à tração foi medida aplicando uma taxa de alongamento constante a uma amostra e registrando três propriedades de quebra de tração do papel e do papelão: a força por largura de unidade necessária para quebrar uma amostra (resistência à tração), o alongamento percentual na quebra (estiramento) e a energia absorvida por unidade de área da amostra antes da quebra (absorção de energia à tração). Este método é aplicável a todos os tipos de papel, mas não ao papelão corrugado. Este procedimento faz referência ao método de teste TAPPI T494. Doze medições foram tomadas por condição. Foi utilizado um testador de tração Thwing-Albert QC3A.
[0068] Resistência à tração, 30 minutos de imersão: A resistência à tração foi medida molhando as tiras da amostra em água desionizada por 30 minutos, removendo o excesso de água da amostra, e aplicando uma taxa de alongamento constante a uma amostra e registrando a força por unidade largura necessária para quebrar a amostra. Essa é a resistência à tração, que é a tensão máxima de tração desenvolvida na amostra de teste antes da ruptura. Este método é aplicável mais comumente em toalha de papel e papelão. Este procedimento faz referência ao método de teste TAPPI T456. Oito medições foram realizadas usando o testador de tração Thwing-Albert QC3A.
[0069] Compressão STFI: O teste de compressão STFI (intervalo zero) foi usado para determinar a resistência à compressão para aplicação em papelão. Uma amostra de teste é colocada em dois grampos que são forçados um contra o outro até que ocorra uma falha de compressão. A força máxima que causando falha é medida e relatada na unidade de lb força/pol ou kN/m. Quanto maior o valor, maior a resistência à compressão do papelão. Este teste segue o método de teste TAPPI 826 pm-92: resistência à compressão de curto intervalo do papelão. Foram realizadas pelo menos 12 medições para CD e quatro medições de MD foram usadas por condição usando o testador STFI de resistência à compressão L&W, e foram relatados o valor médio e o desvio padrão.
[0070] Os resultados da tração a seco são mostrados na Figura 1, os resultados da tração a úmido após 30 minutos de imersão representando a resistência a úmido permanente são mostrados na Figura 2, e os resultados da compressão STFI são mostrados na Figura 3. A composição de tratamento de superfície que compreende o agente de resistência de acordo com a presente invenção e o amido mostraram um aumento de 21,4% em 30 minutos de tração em comparação com a poliacrilamida aniônica APAM1 com amido, e 15,2% maior que o controle de amido. Para a tração a seco, a composição de tratamento de superfície compreendendo o agente de resistência de acordo com a presente invenção e amido obteve uma melhora de 6,3% em relação à poliacrilamida aniônica APAM1 com amido, e 11,1% em relação ao controle de amido. Além disso, a melhora da resistência à compressão STFI foi aumentada significativamente pela composição de tratamento de superfície compreendendo o agente de resistência de acordo com a invenção e amido em comparação com o controle de amido e APAM1 com amido. STFI é uma propriedade de resistência muito importante para muitos tipos de papelão, caracterizando a resistência de uma placa às forças de esmagamento exigidas, por exemplo, ao empilhar caixas de papelão. No entanto, é muito mais difícil de obter do que muitas outras propriedades de resistência, tal como a tração a seco.
Claims (11)
1. Composição de tratamento de superfície para a aplicação em uma superfície de papel, papelão ou similar, caracterizada pelo fato de que compreende: - uma poliacrilamida aniônica, que tem um peso molecular médio, MW, na faixa de 100.000 a 2.000.000 g/mol, e compreende monômeros aniônicos e (met)acrilamida em uma razão molar de 3:97 a 30:75; - 10 a 90% em peso de glioxal livre, calculado a partir de poliacrilamida aniônica (seco/seco); e - 99,5 a 1% em peso de amido degradado, calculado a partir do teor seco da composição de tratamento de superfície, em que o teor seco da composição de tratamento de superfície é de 2 a 25% em peso, calculado a partir do peso total da composição.
2. Composição de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pH da composição de tratamento de superfície está abaixo de 5, preferencialmente abaixo de 4 e mais preferencialmente abaixo de 3.
3. Composição de tratamento de superfície, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a composição de tratamento de superfície tem um teor seco de 10 a 20% em peso, calculado a partir do peso total da composição.
4. Composição de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a composição de tratamento de superfície compreende ainda polímero glioxilado, preferencialmente poliacrilamida glioxalada.
5. Composição de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a poliacrilamida aniônica tem o peso molecular médio ponderal na faixa de 200.000 a 1.000.000 g/mol.
6. Composição de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que os monômeros aniônicos da poliacrilamida aniônica compreendem monômeros de ácido carboxílico insaturado, selecionado dentre ácido (met)acrílico, ácido maleico, ácido crotônico, ácido itacônico ou qualquer combinação dos mesmos.
7. Composição de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a poliacrilamida aniônica compreende monômeros aniônicos e (met)acrilamida em uma razão molar de 5:95 a 20:80.
8. Composição de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a composição de tratamento de superfície compreende glioxal livre a 20 a 80% em peso, calculado a partir de poliacrilamida aniônica (seco/seco).
9. Composição de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a composição de tratamento de superfície compreende polímero hidrofóbico de colagem de superfície, de preferência polímero de estireno - éster de ácido acrílico, polímero de estireno - anidrido maleico, polímero de estireno - éster de anidrido maleico, polímero de estireno - ácido acrílico, polímero de etileno - acrílico ácido, dispersão de poliuretano, ou qualquer modificação ou combinação dos mesmos.
10. Composição de tratamento de superfície, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a composição de tratamento de superfície compreende amido degradado em uma quantidade de 95 a 55% em peso, calculada a partir do teor seco da composição de tratamento de superfície.
11. Uso da composição de tratamento de superfície, como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que é para melhorar as propriedades de resistência do papel, papelão ou similar, mantendo a repolpabilidade do papel, papelão ou similar.
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