BR112020008007B1 - Sistema de colagem interno para fabricação de papel ou papelão e método para fabricação de papel ou papelão - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para uma fabricação de papel ou papelão e a um sistema de colagem interno para provimento de retenção aperfeiçoada de agentes de colagem internos hidrofóbicos. Um sistema de colagem interno compreende um agente de colagem interno hidrofóbico como um primeiro componente selecionado do grupo consistindo em anidrido alquenil succínico (ASA), dímero alquil ceteno (AKD), colas colofônia e qualquer combinação dos mesmos, e um produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica como um segundo componente, cuja poliacrilamida anfotérica tem carga líquida neutra ou catiônica em pH 7, um peso molecular ponderal médio de 700 000 ? 18 000 000 g/mol e uma ionicidade total de 4 ? 28% em mol, onde o primeiro componente e o segundo componente são providos como componentes separados ou como uma combinação do primeiro componente e do segundo componente.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se à fabricação de papel ou papelão e mais especificamente a cola de papel ou papelão. A invenção refere-se a um processo para fabricação de papel ou papelão e a um sistema de colagem interno para fornecimento de aperfeiçoada retenção de agentes de cola internos hidrofóbicos.

Antecedentes da Invenção

[0002] Cola é usada durante fabricação de papel ou papelão para reduzir a tendência de papel ou papelão para absorção de líquidos. Um objetivo de cola também pode ser permitir que tintas permaneçam sobre a superfície do papel ou papelão e sequem ali, antes que serem absorvidas no papel ou papelão. Para atingir estas metas vários agentes de cola foram desenvolvidos e comumente usados na fabricação de papel ou papelão. Agentes de cola podem ser conduzidos na extremidade úmida de processo de fabricação de papel ou um apropriado revestimento pode ser aplicado sobre papel seco. Agentes de cola de extremidade úmida também podem ter outras funcionalidades além de somente aumentar resistência à penetração de água. Agentes de cola de extremidade úmida também podem diminuir formação de poeira, controlar espalhamento de tinta, aperfeiçoar retirada de água, aperfeiçoar qualidade de papel entre outras funções.

[0003] Colagem na extremidade úmida de processo de fabricação de papel usa agentes de colagem internos. Desejados agentes de colagem internos têm algumas características básicas tais como alta hidrofobicidade, boa retenção sobre fibras, e distribuição uniforme por todas as superfícies de fibras. Resinas colofônias são um dos agentes de colagem interna e efetivas para condições ácidas de fabricação de papel. Anidrido alquenil succínico (ASA) e dímero alquil ceteno (AKD) foram especificamente desenvolvidos como agentes de colagem internos para condições básicas ou neutras de fabricação de papel. ASA reage facilmente com hidroxil celulose e desenvolve um efeito instantâneo de colagem sobre máquina. Rápido desenvolvimento de colagem obtido com ASA assegura que a aplicação de subsequentes compostos químicos de superfície permaneça principalmente sobre a superfície da trama de papel. AKD reage relativamente lentamente com celulose e o desenvolvimento de colagem pode levar dias ou semanas após secagem.

[0004] Um controle da retenção dos agentes de colagem internos sobre fibras é importante uma vez que de outro modo eles podem se acumular nas águas de processo e/ou formarem deposição sobre as superfícies de processo. Depósitos formados podem causar defeitos de qualidade e também rupturas de tramas e assim afetarem produtividade sobre máquina de papel ou papelão. Por isso, processos para aperfeiçoamento de retenção de agentes de colagem internos hidrofóbicos estão sob interesse contínuo.

[0005] A maioria de moinhos de papel usando ASA utiliza amido catiônico como agente emulsificante. Amido catiônico foi mostrado promover eficiência de colagem de ASA e maiores dosagens de amido tipicamente conduzirão a maior nível de colagem. Entretanto, amido frequentemente não é um constituinte desejado em moinhos de fabricação de papel porque ele pode conduzir a excessivo crescimento biológico e questões de depósito. Por isso, há uma necessidade de soluções que possam diminuir uma quantidade do amido catiônico usada na colagem enquanto mantendo ou mesmo aperfeiçoando a eficiência de colagem interna.

[0006] Em indústria de fabricação de papel um parâmetro essencial é também custo e adaptabilidade com processos e maquinaria existentes. Por isso, novos processos para requererem menores quantidades de agentes de colagem interna e diminuição de custos também estão sob contínuo interesse. Qualquer novo processo deve ser econômico para uso e deve requerer somente mínimas adaptações para os sistemas existentes.

Sumário da Invenção

[0007] É um objetivo da presente invenção reduzir ou mesmo eliminar os problemas mencionados acima aparecendo na técnica anterior.

[0008] Um objetivo da presente invenção é especialmente aperfeiçoar a fixação dos agentes de colagem internos hidrofóbicos sobre as fibras.

[0009] Ainda um objetivo da presente invenção é fornecer um método para fabricação de papel ou papelão que requer menor quantidade dos agentes de cola internos hidrofóbicos para provimento de requerido valor COBB60 do papel de papelão, isto é, propriedades para resistência a penetração e retenção de umidade.

[0010] Estes objetivos são obtidos com a invenção tendo as características apresentadas abaixo nas partes caracterizantes das reivindicações independentes. Algumas concretizações preferidas da invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes.

[0011] As características recitadas nas reivindicações dependentes e as concretizações na descrição são livremente mutuamente combináveis à menos que de outro modo explicitamente estabelecido.

[0012] As concretizações exemplares apresentadas neste texto e suas vantagens referem-se através de partes aplicáveis ao método, o sistema de tratamento, o uso assim como ao papel ou papelão de acordo com a invenção, embora isto não seja sempre mencionado separadamente.

[0013] Um sistema de colagem interno de acordo com a invenção para fabricação de papel ou papelão compreende - um agente de colagem interno hidrofóbico como um primeiro componente selecionado do grupo consistindo em anidrido alquenil succínico (ASA), dímero alquil ceteno (AKD), colas colofônia, e qualquer sua combinação, e - um produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica como um segundo componente, cuja poliacrilamida anfotérica tem carga líquida neutra ou catiônica em pH 7, um peso molecular ponderai médio de 700.000 - 18.000.000 g/mol e uma ionicidade total de 4 - 28% em mol e cuja poliacrilamida anfotérica compreende um reticulador inferior a 0,002% em mol, onde o primeiro componente e o segundo componente são fornecidos como componentes separados ou como uma combinação do primeiro componente e o segundo componente.

[0014] Um método de acordo com a invenção para fabricação de papel ou papelão, onde uma trama de fibras é formada a partir de uma suspensão aquosa de fibras, o método compreendendo: - fornecer uma suspensão aquosa de fibras; - opcionalmente diluir suspensão aquosa de fibras; - liberar suspensão aquosa de fibras para transferidor de fluxo de pasta de celulose do tubo para parte plana da máquina, drenagem de suspensão aquosa de fibras sobre uma tela de arame para formar uma trama úmida de papel ou papelão, e - prensar e secar a trama úmida para obter uma trama de papel ou papelão, onde um agente de cola interno hidrofóbico selecionado do grupo consistindo em anidrido alquenil succínico (ASA), dímero alquil ceteno (AKD), colas colofônia, e qualquer combinação dos mesmos, e um produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica tendo carga líquida neutra ou catiônica em pH 7, um peso molecular ponderai médio de 700.000 - 18.000.000 g/mol e uma ionicidade total de 4 - 28% em mol e compreendendo um reticulador inferior a 0,002% em mol, são adicionados pelo menos a uma fração da suspensão de fibras como uma combinação ou componentes separados.

[0015] De acordo com a presente invenção, um produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica, que tem carga líquida neutra ou catiônica em pH 7, um peso molecular ponderal médio de 700.000 - 18.000.000 g/mol e uma ionicidade total de 4 - 28% em mol e cuja poliacrilamida anfotérica compreende um reticulador inferior a 0,002% em mol, é usada para aperfeiçoamento de retenção dos agentes de colagem interna hidrofóbicos selecionados do grupo consistindo em anidrido alquenil succínico (ASA), dímero alquil ceteno (AKD), colas colofônia, e qualquer combinação dos mesmos na fabricação de papel ou papelão, onde a trama de fibras é formada a partir de uma suspensão aquosa de fibras.

[0016] Um produto papel ou papelão de acordo com a presente invenção compreendendo o especificado sistema de colagem interna de acordo com a presente invenção. O produto papel ou papelão de acordo com a presente invenção é preferivelmente obtido através do processo inventivo ou através do uso inventivo de uma especificada poliacrilamida anfotérica solúvel em água.

[0017] Agora foi surpreendentemente verificado que o produto polímero solúvel em água, que compreende uma especificada poliacrilamida anfotérica, aperfeiçoa retenção dos agentes de cola internos hidrofóbicos a serem adicionados a uma suspensão de fibras. A presente invenção também se refere a aperfeiçoada eficiência de colagem, que é atribuída pelo menos através de habilidade de poliacrilamida anfotérica para aperfeiçoar retenção dos agentes de colagem internos hidrofóbicos à trama de papel ou papelão. Ainda um aperfeiçoamento em eficiência de colagem pode se originar de habilidade de poliacrilamida anfotérica para aperfeiçoar retenção de finos para a trama de papel ou papelão simultaneamente com os agentes de colagem interna hidrofóbicos, quando estes são tipicamente associados com os finos presentes na suspensão de fibras. Ainda, a aperfeiçoada retenção de agentes de colagem internos hidrofóbicos e os finos reduz sua acumulação em águas de processo, tal como água branca. É assumido que a poliacrilamida anfotérica fixa com sucesso, isto é, liga ou associa, o(s) agente(s) de cola interno(s) hidrofóbico(s) sobre as fibras e assim à trama de papel ou papelão, pelo que também reduzindo sua acumulação e deposição nas superfícies e/ou água de processo. Isto pode ser observado através de aperfeiçoada capacidade de corrida da máquina de papel ou papelão uma vez que quebras de trama podem ser evitadas quando os agentes de cola internos e/ou finos não são acumulados nas águas de processo e/ou formam deposição sobre as superfícies de processo. A aperfeiçoada eficiência de colagem também pode ser atribuída a aperfeiçoada resistência de cisalhamento da fixação de cola auxiliada pela poliacrilamida anfotérica.

[0018] A aperfeiçoada fixação de agentes de colagem interna hidrofóbicos pode mesmo fornecer um aperfeiçoado controle de migração dos agentes de colagem interna hidrofóbicos no papel ou papelão, pelo que beneficiando o desempenho de colagem.

[0019] A aperfeiçoada retenção obtida através do processo de acordo com a invenção torna possível obter valor Cobb60 alvo do produto papel ou papelão com menor quantidade dos agentes de colagem internos hidrofóbicos, pelo que significantes economias de custo também são obtidas. Através de uso de poliacrilamida anfotérica, a quantidade de amido catiônico na formulação de cola interna hidrofóbica também pode ser reduzida ou mesmo eliminada, pelo que reduzindo as necessidades de biocidas, e aperfeiçoando qualidade de águas circulantes. Quando amido catiônico é usado nas formulações de cola interna hidrofóbica, a poliacrilamida anfotérica pode fornecer o adicional benefício de aperfeiçoada retenção do amido catiônico pelo que evitando sua acumulação para a circulação de água. Em uma concretização preferida da invenção, o produto papel ou papelão tem um valor Cobb60 pelo menos 5%, preferivelmente pelo menos 8%, mais preferivelmente pelo menos 10% menor comparado a um papel ou papelão de outro modo similar não compreendendo o segundo componente do sistema de colagem interno. O produto papel ou papelão de acordo com uma concretização da invenção tem um valor Cobb60 predeterminado e compreendendo pelo menos 5%, preferivelmente pelo menos 10%, mais preferivelmente pelo menos 15% menos do primeiro componente do sistema de colagem interno, comparado a um papel ou papelão de outro modo similar tendo o mesmo valor Cobb60 predeterminado e não compreendendo o segundo componente de cola interna.

[0020] Ainda, a ionicidade total, e especialmente cationicidade, da poliacrilamida anfotérica especificada é moderada ou mesmo baixa, pelo que o risco de supercationização do processo de fabricação de papel ou papelão também é reduzido.

[0021] O sistema de colagem interno de acordo com a presente invenção foi observado funcionar em uma grande faixa de pH, em condições ácidas e neutras ou alcalinas.

Descrição Detalhada da Invenção

[0022] De acordo com o contexto do presente pedido de patente, o termo "agentes de cola interna hidrofóbica" é usado para abranger anidrido alquenil succínico (ASA), dímero alquil ceteno (AKD), colas colofônia, e quaisquer suas combinações.

[0023] Na presente invenção, pelo menos um agente de cola interno hidrofóbico é usado em combinação com uma especificada poliacrilamida anfotérica.

[0024] No contexto do presente pedido de patente o termo "poliacrilamida anfotérica" representa uma poliacrilamida onde ambas, unidades catiônicas e aniônicas estão presentes em uma solução aquosa em pH 7. Poliacrilamida anfotérica é obtida através de copolimerização de acrilamida ou metacrilamida junto com ambos monômeros aniônicos e catiônicos. Preferivelmente poliacrilamida anfotérica é obtida através de copolimerização de acrilamida junto com ambos monômeros aniônicos e catiônicos.

[0025] O termo "solúvel em água" é entendido no contexto do presente pedido de patente que o produto polímero, e consequentemente a poliacrilamida anfotérica, é inteiramente miscível com água. Quando misturada com excesso de água, a poliacrilamida anfotérica no produto polímero é preferivelmente inteiramente dissolvida e a solução de polímero obtida é preferivelmente essencialmente livre de partículas ou grânulos de polímero discretos. Excesso de água significa que a solução de polímero obtida não é uma solução saturada.

[0026] A poliacrilamida anfotérica tem carga líquida neutra ou catiônica em pH 7. Carga líquida neutra significa que em pH 7 as cargas das unidades aniônicas e catiônicas presentes na poliacrilamida cancelam umas às outras, pelo que a poliacrilamida anfotérica tem uma carga líquida neutra. Na concretização catiônica líquida, a poliacri lamida anfotérica tem mais cargas catiônicas que cargas aniônicas em pH 7, pelo que a poliacrilamida anfotérica tem uma carga líquida catiônica. De acordo com uma concretização 50 - 95%, preferivelmente 60-90%, mais preferivelmente 70-85%, das unidades carregadas na poliacrilamida anfotérica são catiônicas. Assim, de acordo com uma concretização preferível a poliacrilamida anfotérica tem uma carga catiônica líquida como medida em pH 7. Isto significa que a carga líquida da poliacrilamida anfotérica permanece positiva, mesmo se ela contém unidades aniônicas. A carga líquida da poliacrilamida anfotérica é calculada como a soma das cargas das unidades catiônicas e aniônicas presentes. A cationicidade líquida da poliacrilamida anfotérica proporciona aperfeiçoada interação entre a poliacrilamida anfotérica e todos os componentes aniônicos presentes na suspensão de fibras, mais importantemente com fibras. Também, a fixação dos agentes de cola internos hidrofóbicos pode ser aperfeiçoada, especialmente quando eles estão associados com os finos aniônicos presentes na suspensão de fibras.

[0027] De acordo com uma concretização, a poliacrilamida anfotérica no produto polímero compreende 3 - 25% em mol, preferivelmente 3 - 20% em mol, mais preferivelmente 4 - 12% em mol, de unidades estruturais derivadas de monômeros catiônicos. De acordo com uma concretização, a poliacrilamida anfotérica no produto polímero compreende 0,5 - 6% em mol, preferivelmente 1 - 5% em mol, mais preferivelmente 1 - 3% em mol, de unidades estruturais derivadas de monômeros aniônicos.

[0028] A poliacrilamida anfotérica tem um peso ponderal médio de 700000 - 18.000.000 g/mol. Quando a poliacrilamida anfotérica é preparada através de processo de polimerização de gel o peso molecular ponderal médio da poliacrilamida é preferivelmente 3 500.000 - 18.000.000 g/mol. De acordo com uma concretização preferível, a poliacrilamida anfotérica tem o peso molecular ponderal médio na faixa de 1.000.000 - 18.000.000 g/mol, preferivelmente 2.500.000 - 18.000.000 g/mol, mais preferivelmente 3.000.000 - 18.000.000 g/mol, mesmo mais preferivelmente 3.500.000 - 11.000.000 g/mol ou 3.500.000 - 8.000.000 g/mol. O peso molecular da poliacrilamida anfotérica tem um impacto sobre seu comportamento e desempenho. Foi observado que quando o peso molecular ponderal médio da poliacrilamida anfotérica é 700.000 g/mol ou mais, preferivelmente 1.000.000 g/mol ou mais, há aperfeiçoada fixação de agentes de cola internos hidrofóbicos, para as fibras. Através de elevação de peso molecular ponderal médio da poliacrilamida anfotérica, ainda aperfeiçoamento de floculação, retenção e drenagem podem ser obtidos. Entretanto, também foi observado que quando o peso molecular ponderal médio é no máximo 18 000 000 g/mol, as fibras são mais uniformemente espaçadas, há reduzido risco de super floculação, assim a formação de trama não é perturbada, mesmo com maiores dosagens de polímero. O peso molecular ponderal médio na faixa de 3.500.000 - 11.000.000 g/mol ou 3.500.000 - 8.000.000 g/mol proporciona o aperfeiçoamento de floculação, retenção e drenagem com o reduzido risco de super floculação, mesmo em maiores níveis de dosagem. Isto também pode ser devido à presença de ambas cargas aniônicas e catiônicas, de modo que polímeros anfotéricos são capazes de formar laços em suspensão de fibras de fabricação de papel, especialmente em pH neutro de fabricação de papel, pelo que evitando floculação muito extensiva que pode deteriorar a formação da trama formada.

[0029] A poliacrilamida anfotérica pode ter uma viscosidade intrínseca na faixa de 2,7 - 27 dl/g, que corresponde aproximadamente a peso molecular ponderal médio de 700.000 - 18.000.000 g/mol. De acordo com uma concretização preferida, a viscosidade intrínseca da poliacrilamida anfotérica pode estar na faixa de 3,5 - 27 dl/g, preferivelmente 6,7 - 27 dl/g, mais preferivelmente 7,5 - 27 dl/g, mesmo mais preferivelmente 8,5 - 19 dl/g, tal como 8,5 - 15,2 dl/g. As viscosidades intrínsecas refletem o tamanho de molécula e podem ser calculadas em pesos moleculares ponderais médios como explicado a seguir.

[0030] O valor "peso molecular ponderal médio" no presente contexto é usado para descrever a magnitude do comprimento de cadeia de polímero. Valores de peso molecular ponderal médio são preferivelmente calculados a partir de resultados de viscosidade intrínseca medidos em uma maneira conhecida em NaCl 1N a 25°C usando um viscosímetro capilar Ubbelohde. O capilar selecionado é apropriado, e nas medições deste pedido de patente um viscosímetro capilar Ubbelohde com constante K = 0,005228 foi usado. O peso molecular médio é então calculado a partir do resultado de viscosidade intrínseca em uma maneira conhecida usando equação de Mark - Houwink [rç] = K.Ma, onde [rç] é viscosidade intrínseca, M peso molecular (g/mol), e K e a são parâmetros dados em Polymer Handbook, Fourth Edition, Volume 2, Editors: J. Brandrup, E.H. Immergut e E.A. Grulke, John Wiley & Sons, Inc., USA, 1999, p. VII/11 para poliacrilamida. Da mesma maneira, valor de parâmetro K é 0,0191 mL/g e valor de parâmetro "a" é 0,71. A faixa de peso molecular médio dada para os parâmetros em condições usadas é 490.000 - 3.200.000 g/mol, mas os mesmos parâmetros são usados para descrever a magnitude de peso molecular também foram desta faixa. O pH das soluções de polímero para determinação de viscosidade intrínseca é ajustado para 2,7 com ácido fórmico para evitar provável complexação de poli íons de poliacrilamidas anfotéricas.

[0031] A poliacrilamida anfotérica tem uma ionicidade total de 4 - 28% em mol. De acordo com uma concretização preferível a ionicidade total da poliacrilamida anfotérica está na faixa de 4 - 25% em mol, preferivelmente 5 - 20% em mol, mais preferivelmente 6 - 15% em mol, mesmo mais preferivelmente 6 - 12% em mol. A poliacrilamida anfotérica no produto polímero pode compreender pelo menos 72% em mol, preferivelmente pelo menos 75% em mol de unidades estruturais derivadas de monômeros acrilamida e/ou metacrilamida, e no máximo 28% em mol, preferivelmente no máximo 25% em mol de unidades estruturais originando-se de monômeros aniônicos e catiônicos. Ionicidade total inclui todas as unidades estruturais tendo carga iônica na poliacrilamida anfotérica, a maioria das unidades carregadas originando-se dos monômeros iônicos mas também incluindo outras unidades carregadas originando-se dos agentes de terminação de cadeia ou semelhantes. Foi observado que é benéfico quando a ionicidade total do polímero é no máximo 20% em mol, especialmente quando o peso molecular ponderal médio do polímero é 700.000 - 18.000.000 g/mol, ou preferivelmente 3.500.000 - 11.000.000 g/mol. Maior ionicidade, especialmente cationicidade, pode causar super cationização quando o produto polímero é usado em dosagens aumentadas. Assim, a ionicidade relativamente baixa da poliacrilamida anfotérica permite o uso de dosagens aumentadas de produtos poliméricos para suspensões de fibras, mesmo se a polpa tem valores de potencial zeta próximos de zero. A ionicidade da poliacrilamida anfotérica pode ser otimizada em vista de evitar problemas de potencial zeta no estoque, isto é, desvio do potencial zeta da polpa para valores positivos.

[0032] De acordo com uma concretização preferível, a poliacrilamida anfotérica é uma poliacrilamida linear. Em outras palavras, a poliacrilamida anfotérica é não ramificada e preferivelmente não ramificada. Na polimerização a quantidade de reticulador é inferior a 0,002% em mol, preferivelmente inferior 0,0005% em mol, mais preferivelmente inferior 0,0001% em mol para provimento de uma poliacri lamida anfotérica substancial mente linear. De acordo com uma concretização a polimerização é completamente livre de reticulador. Quando a poliacrilamida anfotérica compreende menos que 0,002% em mol de reticulador, o polímero anfotérico dissolve mais rapidamente, e a possibilidade para partículas de polímero insolúveis após dissolução é efetivamente reduzida. Desta maneira a dosagem total de poliacrilamida anfotérica é efetiva para floculação, retenção e drenagem. Presença de partículas de polímeros insolúveis também pode reduzir a qualidade do papel ou papelão produzido. Adicionalmente, quando a poliacrilamida anfotérica compreende menos que 0,002% em mol de reticulador, as cadeias de polímero podem permanecer mais estendidas, mesmo quando em conformação em forma de laço, e/ou grupos carregados podem ser mais acessíveis para interações, pelo que aperfeiçoando floculação e retenção.

[0033] De acordo com uma concretização, as unidades catiônicas na poliacrilamida anfotérica se originam de monômeros selecionados de acrilato de 2-(dimetil amino) etila (ADAM), cloreto de [2-(acriloiloxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl), benzi l cloreto de acrilato de (2-(dimetil amino) etila, dimetil sulfato de acrilato de 2-(dimetil amino) eti la, metacrilato de 2-dimetil amino etila (MADAM), cloreto de [2- (metacriloilóxi) 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). Aminas quaternárias são monômeros catiônicos preferidos porque sua carga não é dependente de pH. Mais preferivelmente o monômero catiônico é cloreto de [2-(acriloilóxi) etil] trimetil amônio (ADAM-Cl).

[0034] De acordo com uma concretização, as unidades aniônicas na poliacrilamida anfotérica se originam de monômeros selecionados de ácidos mono- ou di-carboxílicos insaturados ou ácidos sulfônicos, preferivelmente de ácidos monocarboxílicos insaturados ou ácidos sulfônicos, como ácido (met)acrílico, e/ou ácido 2-acrilamido-2-metil propano sulfônico (AMPS). Embora referindo-se à forma ácida, é pretendido cobrir-se também outras formas, tais como formas de sal de ditos ácidos mono- e di-carboxílicos insaturados e ácidos sul fônicos. Mais preferivelmente o monômero aniônico é ácido acrílico ou ácido metacrílico ou seus sais.

[0035] A poliacrilamida anfotérica do produto polímero pode ser obtida através de polimerização de gel. De acordo com uma concretização, este processo de preparação pode usar uma mistura de reação compreendendo monômeros não iônicos, como acrilamida, e os monômeros aniônicos e catiônicos carregados. Os monômeros na mistura de reação são polimerizados na presença de iniciador(s) através de uso de polimerização de radical livre. A temperatura no início da polimerização pode ser inferior a 40°C, algumas vezes inferior a 30°C. Algumas vezes a temperatura no início da polimerização pode ser mesmo inferior a 5°C. A polimerização de radical livre da mistura de reação produz poliacrilamida anfotérica, que está em forma de gel ou líquido altamente viscoso. Após a polimerização de gel, a poliacrilamida anfotérica obtida em forma de gel é triturada, tal como retalhada ou cortada, assim como secada, pelo que é obtido um produto polímero em partículas. Dependendo da aparelhagem de reação usada, retalhamento ou corte pode ser realizado na mesma aparelhagem de reação onde ocorre a polimerização. Por exemplo, polimerização pode ser realizada em uma primeira zona de um misturador de parafuso, e o retalhamento do polímero obtido é realizado em uma segunda zona do dito misturador de parafuso. Também é possível que o retalhamento, corte ou outro ajuste de tamanho de partícula seja realizado em uma aparelhagem de tratamento, que é separada da aparelhagem de reação. Por exemplo, o hidrossolúvel obtido, isto é, polímero solúvel em água, pode ser transferido da segunda extremidade de uma aparelhagem de reação, que é um transportador de correia, através de uma tela de orifício de rotação ou semelhante, onde ele é retalhado ou cortado em partículas pequenas. Após retalhamento ou corte o polímero despedaçado é secado, moído para um desejado tamanho de partícula para obtenção de produto polímero em uma forma de partícula e embalado para estocagem e/ou transporte.

[0036] De acordo com uma concretização da invenção, a poliacrilamida anfotérica é obtida através de processo de polimerização de gel, onde o teor de monômeros na mistura de reação no início da polimerização é de pelo menos 29% em peso, preferivelmente pelo menos 30% em peso, mais preferivelmente pelo menos 32% em peso.

[0037] De acordo com uma concretização, o teor de poliacrilamida anfotérica no produto polímero é pelo menos 25% em peso, preferivelmente pelo menos 60% em peso. Um produto polímero tendo um menor teor de polímero, por exemplo, obtido através de polimerização de solução, tem a vantagem de diluição ou dissolução mais fácil para a concentração de uso. Um produto polímero tendo um maior teor de polímero, por exemplo, obtido por polimerização de gel, produto polímero de emulsão obtido através de polimerização de emulsão, opcionalmente desidratado, ou produto polímero de dispersão obtido por polimerização de dispersão, opcionalmente desidratado, é de custo mais eficiente em vista das logísticas do produto. Um alto teor de polímero tem o benefício adicional de aperfeiçoada estabilidade microbiana. Por exemplo, quando o teor de polímero do produto polímero é de pelo menos 60% em peso, que é típico para um produto polímero obtido através de polimerização de gel, atividade microbiana é reduzida, e o produto polímero é mais estável mesmo em clima quente e por longos períodos de estocagem.

[0038] De acordo com uma concretização preferível da invenção, o teor de poliacrilamida anfotérica no produto polímero está na faixa de 60 - 98% em peso, preferivelmente 70 - 98% em peso, mais preferivelmente 75 - 95% em peso, mesmo mais preferivelmente 80 - 95% em peso, algumas vezes mesmo mais preferivelmente 85 - 93% em peso. Devido ao teor de poliacrilamida anfotérica do produto polímero poder ser alto, naturalmente a quantidade de poliacrilamida anfotérica ativa também é alta. Isto tem um impacto positivo sobre custos de transporte e estocagem do produto polímero. Teor de umidade do produto polímero é tipicamente 5 - 12% em peso.

[0039] De acordo com uma concretização preferível, o produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica está em forma de partícula. No contexto do presente pedido de patente o termo "forma de partícula" representa partículas ou grânulos sólidos discretos. De acordo com uma concretização da invenção o produto polímero compreende partículas ou grânulos de poliacrilamida anfotérica, que têm um tamanho de partícula médio de < 2,5 mm, preferivelmente < 2,0 mm, mais preferivelmente < 1,5 mm. Estas partículas são obtidas através de sujeição de poliacrilamida anfotérica obtida através de polimerização de gel a trituração mecânica, tal como corte, moagem, retalhamento, corte ou semelhantes.

[0040] De acordo com uma concretização da presente invenção, o teor de sólidos do produto polímero em forma de partículas pode ser > 80% em peso, preferivelmente > 85% em peso, mais preferivelmente na faixa de 80 - 97% em peso, mesmo mais preferivelmente 85 - 95% em peso. O alto teor de sólidos é benéfico em vista de propriedades de estocagem e transporte do produto polímero.

[0041] Quando usado, o produto polímero solúvel em água compreendendo a poliacrilamida anfotérica é usualmente dissolvido em água e/ou diluído, pelo que é obtida uma solução aquosa de tratamento. Como aqui usado, através de dissolução em água para obter uma solução de tratamento aquosa, é pretendido cobrir ambas dissolução e diluição. O teor de poliacrilamida anfotérica da dita solução aquosa de tratamento pode ser 0,1 - 4% em peso, preferivelmente 0,3 - % em peso, mais preferivelmente 0,5 - 2% em peso. De acordo com uma concretização, o produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica é dissolvido em água tendo um pH de 2,5 - 6,5, preferivelmente 2,5 - 6, tal como 2,5 - 5,5, mais preferivelmente 2,5 - 5 para obter a solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica. O pH apropriado pode ser ajustado, por exemplo, através de adição de um ácido, ou base. Usando este pH levemente ácido em dissolução de polímero a poliacrilamida anfotérica mantém sua inteira funcionalidade. Adicional mente, usando esta faixa de pH efeitos indesejados sobre o agente de colagem interno hidrofóbico, tal como sua hidrólise, podem ser evitados ou diminuídos, especialmente quando o agente de colagem interno hidrofóbico é emulsificado e/ou estabilizado com a poliacrilamida anfotérica. Neste sentido o valor de pH da emulsão de agente de colagem interna hidrofóbico, especialmente de emulsão ASA, está vantajosamente na faixa de 3 - 6, preferivelmente 3 - 5, mais preferivelmente 3 - 4.

[0042] De acordo com a presente invenção, o agente de colagem interno hidrofóbico é selecionado do grupo consistindo em anidrido alquenil succínico (ASA), dímero alquil ceteno (AKD), colas colofônia, e quaisquer suas combinações. Em uma concretização preferida da invenção, um agente de colagem interno hidrofóbico é anidrido alquenil succínico (ASA).

[0043] Um sistema de colagem interno de acordo com uma concretização da presente invenção compreende um produto polímero solúvel em água e um agente de colagem interno hidrofóbico em uma razão em peso de 1:15 - 1,5:1, preferivelmente 1:10 - 1:2. Maiores quantidades do produto polímero solúvel em água não são esperadas serem de custo eficiente e ainda proporcionarem substancial benefício em colagem interna, e menores quantidades podem ser inadequadas para obtenção de desejadas especificações de colagem.

[0044] De acordo com a invenção, o produto polímero compreendendo uma especificada poliacrilamida anfotérica é usado para aperfeiçoamento de retenção do(s) agente(s) de colagem interno(s) hidrofóbico(s). Um sistema de colagem interno de acordo com a presente invenção compreende um agente de colagem interno hidrofóbico como um primeiro componente e um produto polímero compreendendo uma especificada poliacrilamida anfotérica como um segundo componente, onde o primeiro componente e o segundo componente são fornecidos como componentes separados, ou como uma combinação do primeiro componente e o segundo componente. De acordo com a invenção pelo menos um agente de colagem interno hidrofóbico e o produto polímero compreendendo uma especificada poliacrilamida anfotérica são adicionados à suspensão de fibras separadamente ou em uma combinação dos mesmos. No contexto do presente pedido de patente a combinação dos componentes pode se referir a uma mistura dos componentes, ou adição simultânea dos componentes a uma suspensão de fibras, ou uma combinação na qual um primeiro componente é emulsificado e/ou estabilizado com um segundo componente. As concretizações da invenção são mostradas em mais detalhes abaixo.

[0045] Um ponto de adição, um modo de adição e as quantidades a serem adicionadas são dependentes de, por exemplo, o agente de colagem interno hidrofóbico, papel ou papelão a ser fabricado e suspensão de fibras.

[0046] No presente contexto, resinas colofônias referem-se a vários tipos das colas colofônia, tais como colofônia talóleo e colofônias de gomas. Exemplos de resinas colofônias incluem colas colofônia fortificadas, tais como colofônias pelo menos parcialmente reagidas com anidrido maléico e/ou ácido fumárico, e colas colofônias catiônicas, tais como colas de sabão colofônia. As resinas colofônias são tipicamente disponíveis em uma forma utilizável. Também, AKD é tipicamente disponível em uma dispersão utilizável. ASA tem de ser emulsificada no local devido a sua alta reatividade através de uso de um equipamento de emulsificação separado e é tipicamente usada diretamente sem qualquer estocagem intermediária.

[0047] Um agente de colagem interno hidrofóbico pode ser formulado, isto é, emulsificado e/ou estabilizado com amido catiônico, uma especificada poliacrilamida anfotérica de acordo com a invenção (um segundo componente do sistema de colagem interno) ou qualquer combinação dos mesmos. Também, outros polímeros, tal como poliamina podem ser usados.

[0048] De acordo com uma concretização da invenção, um primeiro componente, isto é, um agente de colagem interno hidrofóbico pode ser formulado com amido catiônico, isto é, um agente de colagem interno hidrofóbico pode ser emulsificado e/ou estabilizado com amido catiônico. ASA é usualmente emulsificada e estabilizada com amido catiônico no moinho de papel justo antes de dosagem, onde um amido catiônico é usado como um agente de emulsificação. A emulsão de ASA obtida pode ser adicionada a uma suspensão de fibras. AKD e resinas colofônias são tipicamente estabilizadas com amido catiônico, mais cedo em moinho químico uma vez que elas podem ser estocadas e liberadas na forma estabilizada. Correspondentemente, as obtidas dispersões ou emulsões de AKD e resina colofônia podem ser adicionadas a uma suspensão de fibras. Um ponto de dosagem pode depender do processo de fabricação e o papel ou papelão a ser fabricado.

[0049] De acordo com uma concretização da presente invenção, a combinação do primeiro e segundo componentes foi formada através de emulsificação de primeiro componente, isto é, um agente de colagem interno hidrofóbico com a solução aquosa de tratamento do segundo componente. Todo amido catiônico ou pelo menos parte de um amido catiônico pode ser substituída com a solução de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica. De acordo com uma concretização da invenção, uma quantidade da poliacrilamida anfotérica pode ser de 5 - 40% em peso, preferivelmente 15 - 20% em peso do agente de colagem interno hidrofóbico, calculado como seco. Quando uma parte de amido catiônico é substituída pela solução de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica, então uma dose da poliacrilamida anfotérica pode ser de, por exemplo, 3 - 30% em peso do agente de colagem interno hidrofóbico, calculado como seco. Se amido é substituído com a poliacrilamida anfotérica, a formulação é menos vulnerável a degeneração microbiana, e também menos amido termina em águas circulantes do sistema de fabricação de papel. Também nesta concretização, ASA é emulsificado e estabilizado no moinho de papel justo antes de dosagem, enquanto AKD e resinas colofônias podem ser formuladas já anteriormente em moinho químico. A emulsão ou dispersão obtida pode ser adicionada a uma suspensão de fibras.

[0050] Em uma concretização preferida da invenção, o sistema de colagem interno é uma combinação do anidrido alquenil succínico (ASA) e um produto polímero compreendendo especificada poliacrilamida anfotérica, cuja combinação foi formada por emulsificação de ASA com a solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica. Nesta concretização, ASA é emulsificado com a solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica ao invés de um amido catiônico ou pelo menos parte do amido catiônico é substituído com a solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica como mostrado acima. Neste caso, ambos ASA e a poliacrilamida anfotérica estão presentes na emulsão do ASA a ser adicionada à suspensão de fibras. Nesta concretização, nenhuma adição separada da solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica é requerida, mas é possível adicionar separadamente um agente de colagem interno hidrofóbico, tal como ASA formulado com a poliacrilamida anfotérica e a solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica a uma suspensão de fibras.

[0051] Uma viscosidade do amido catiônico ou a solução aquosa de tratamento do segundo componente a ser utilizável para formulação, isto é, emulsificação e/ou estabilização de agente de colagem é no máximo 250 mPas, preferivelmente no máximo 200 mPas e mais preferivelmente na faixa de 100 - 200 mPas. De acordo com uma concretização da invenção a viscosidade apropriada pode ser obtida quando o teor da poliacrilamida anfotérica na dita solução de tratamento está na faixa de 0,7 - 1,0% em peso.

[0052] De acordo com uma concretização preferida da invenção, ASA é emulsificado com amido catiônico e a emulsão de ASA obtida é combinada com uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica antes de adição na suspensão de fibras ou é adicionada separadamente a suspensão de fibras.

[0053] Quando ASA é emulsificado em amido catiônico, amido catiônico e ASA podem estar presentes em uma razão em peso de 1:1 - 2:1 (seco/seco).

[0054] Em uma outra concretização de acordo com a presente invenção para fabricação de um papel ou papelão, uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica e um agente de colagem interno hidrofóbico são adicionados separadamente a uma suspensão de fibras. Eles podem ser adicionados sequencialmente ou simultaneamente, porém separadamente. Em um método típico, eles são adicionados à suspensão de fibras em pontos diferentes do processo de fabricação.

[0055] A solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo a poliacrilamida anfotérica pode ser adicionada ao estoque espesso como um composto químico de extremidade úmida ou pode ser adicionada a um estoque fino. Estoque fino é aqui entendido como um estoque ou fornecimento fibroso, que tem consistência acima de 20 g/L, preferivelmente mais que 25 g/L, mais preferivelmente mais que 30 g/L. De acordo com uma concretização, a solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica é adicionada a suspensão de fibras tendo consistência acima de 20 g/L. De acordo com uma concretização, a adição da solução de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica está localizada após as torres de estocagem de estoque, mas antes de estoque espesso ser diluído na cova de arame (silo fora de máquina) com água branca de circuito curto. Preferivelmente a solução de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica é adicionada à suspensão de fibras antes de uma caixa de máquina, mais preferivelmente antes de uma caixa de mistura, de uma máquina de papel ou papelão. Em uma concretização da invenção, pelo menos parte da poliacrilamida anfotérica é adicionada à suspensão de fibras tendo consistência de acima de 20 g/L.

[0056] A solução de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica também pode ser adicionada a um estoque fino, isto é, após o ponto de diluição de estoque espesso similarmente como polímeros de retenção convencionais. A solução de tratamento pode ser adicionada a um estoque fino em qualquer ponto antes de um componente da máquina de papel que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina de papel ou papelão. Em uma concretização, pelo menos parte da poliacrilamida anfotérica é adicionada à suspensão de fibras perto de um componente da máquina de papel que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina, antes ou após uma tela (pressão) da máquina de papel ou papelão. Uma quantidade da poliacrilamida anfotérica a ser adicionada pode ser acentuadamente menor quando é adicionada próxima de um componente da máquina de papel que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina comparada a uma adição no estoque espesso.

[0057] Em uma concretização, uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica é adicionada sequencialmente de modo que pelo menos parte da solução de tratamento é adicionada à suspensão de fibras tendo consistência acima de 20 g/L e a última parte é adicionada a um estoque fino.

[0058] De acordo com a invenção, um agente de colagem interno hidrofóbico também pode ser adicionado a um estoque fino ou um estoque espesso em qualquer ponto apropriado.

[0059] Em uma concretização da invenção, ambos, um agente de colagem interno hidrofóbico e uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica podem ser adicionados a uma suspensão de fibras antes de diluição da suspensão de fibras. É acreditado que esta concretização ainda obtém aperfeiçoado desempenho de colagem devido a aperfeiçoadas interações entre as fibras e o agente de colagem interno hidrofóbico e a poliacrilamida anfotérica na maior consistência. Em uma outra concretização da invenção uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica pode ser adicionada em estoque espesso justo antes de diluição e um agente de colagem interno hidrofóbico a seguir tanto a estoque espesso ou estoque fino.

[0060] Em uma concretização preferida, uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica e um agente de colagem interno hidrofóbico são adicionados separadamente próximos um do outro, isto é, dentro de curtos intervalos. É acreditado que esta concretização ainda obtém aperfeiçoado desempenho de colagem devido a aperfeiçoada interação entre os componentes proximamente adicionados.

[0061] Em uma concretização de acordo com a invenção, pelo menos parte da solução aquosa de tratamento do produto polímero solúvel em água é adicionada a uma fração da suspensão de fibras compreendendo uma suspensão quebrada após uma torre de quebrar e antes de um espessador para suspensão quebrada, e a suspensão quebrada espessada é combinada com outras frações da suspensão de fibras. Quando fração quebrada a ser adicionada à suspensão de fibras é tratada com uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica antes de um espessador de quebrado, uma suspensão quebrada espessada pode compreender mais finos com os quais um agente de colagem interno hidrofóbico adicionado a seguir pode se associar. Isto ainda pode aperfeiçoar um efeito de colagem interno. Consequentemente, também turbidez e/ou teor de hidrofóbicos e/ou teor de refugo aniônico no filtrado do espessador pode ser diminuído, pelo que aperfeiçoando a qualidade total de águas circulantes no inteiro processo de fabricação de papel. Em adição, um efeito de colagem interno ainda pode ser aperfeiçoado através de adição de uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica também após um tanque de quebrado e/ou para um estoque fino, onde a retenção de finos é mais eficiente e pode compreender mais de agente de colagem interno associado.

[0062] Foi observado que em uma concretização, onde um agente de colagem interno hidrofóbico é primeiro adicionado a uma suspensão de fibras e então uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica, desempenho de colagem, por exemplo, valor Cobb60 do produto papel ou papelão pode ser significantemente aperfeiçoado. É acreditado que nesta concretização, uma parte do agente de colagem interno hidrofóbico é retida sobre fibras, e a parte não retida interage com finos e materiais de enchimento que a poliacrilamida anfotérica então ainda retém sobre as fibras. Em uma outra concretização, um agente de colagem interno hidrofóbico pode ser dosado para estoque espesso justo antes de diluição, e uma solução aquosa de tratamento de poliacrilamida anfotérica pode ser dosada para estoque fino antes de tela de pressão. Foi observado que desempenho de colagem, por exemplo, valor Cobb60 do produto papel ou papelão também pode ser aperfeiçoado através desta sequência. Ainda em uma outra concretização preferida um agente de colagem interno hidrofóbico e pelo menos parte de uma solução aquosa de tratamento de produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica são adicionados a uma suspensão de fibras tendo consistência acima de 20 g/L, e pelo menos parte da solução aquosa de tratamento é adicionada à suspensão aquosa de fibras após diluição em estoque fino. É acreditado que esta concretização ainda obtém aperfeiçoado desempenho de colagem, por exemplo, menor valor Cobb60 do produto papel ou papelão, na medida em que a primeira parte(s) da poliacrilamida anfotérica pode auxiliar em retenção e fixação da maior parte de fibras do agente de colagem interno hidrofóbico, enquanto a parte(s) subsequente da poliacrilamida anfotérica pode auxiliar em retenção e fixação para as fibras de qualquer agente de colagem interno hidrofóbico restante, se presente como livre, ou ligado, por exemplo, aos finos e materiais de enchimento presentes na suspensão de fibras.

[0063] Em algumas concretizações, um papel ou papelão compreendendo o sistema de colagem interno ou fabricado de acordo com a presente invenção pode ter pelo menos 5%, preferivelmente pelo menos 8%, mais preferivelmente pelo menos 10% menor valor Cobb60 comparado a um papel ou papelão de outro modo similar não compreendendo o segundo componente do sistema de colagem interno. Em algumas concretizações, um papel ou papelão tendo um valor Cobb60 predeterminado e compreendendo o sistema de colagem interno ou fabricado de acordo com a presente invenção, pode compreender pelo menos 5%, preferivelmente pelo menos 10%, mais preferivelmente pelo menos 15% menos do primeiro componente do sistema de colagem interno, comparado a um papel ou papelão de outro modo similar tendo o mesmo valor Cobb60 predeterminado mas não compreendendo o segundo componente do sistema de colagem interno. Como aqui usados, por valores Cobb60 são pretendidos valores medidos de acordo com ISO 535, T441, usando, por exemplo, L&W Cobb Sizing Tester.

[0064] Ainda em uma concretização da invenção, uma emulsão ou dispersão do agente de colagem interno hidrofóbico é combinada com uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica antes de adição a suspensão de fibras. É acreditado que isto ainda obtém aperfeiçoado desempenho de colagem devido a melhor interação entre o agente de colagem interno e a poliacrilamida anfotérica auxiliando em sua retenção e fixação às fibras. A combinação pode ser simplesmente realizada através de mistura de soluções ou correntes separadas de uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica e um agente de colagem interno hidrofóbico. Em uma concretização, um agente de colagem interno hidrofóbico é formulado com um amido catiônico e a emulsão obtida é combinada com uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica antes de adição a suspensão de fibras. Típico ponto de dosagem da combinação da poliacrilamida anfotérica e o agente de colagem hidrofóbico pode depender do processo de fabricação e o papel ou papelão a ser fabricado.

[0065] Uma quantidade do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica a ser adicionada pode depender do agente de colagem interno hidrofóbico que é usado em combinação com a mesma. Uma quantidade de dosagem do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica está tipicamente na faixa de 0,1 - 1,5 kg (seco)/tonelada papel ou papelão, preferivelmente 0,2 - 1 kg (seco)/tonelada papel ou papelão. Em uma concretização de acordo com a invenção, onde pelo menos parte do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica é adicionada a uma fração da suspensão de fibras compreendendo quebrado antes de combinação de fração quebrada com outras frações da suspensão de fibras, uma quantidade de dosagem do produto polímero a ser adicionada à fração quebrada pode ser de 0,05 - 0,3 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão. Ainda, o produto polímero também pode ser adicionado cerca de 0,1 - 0,2 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão a uma suspensão quebrada espessada antes de combinação da mesma com outras frações da suspensão de fibras.

[0066] Tipicamente, diferentes agentes de colagem internos requerem diferentes quantidades de dosagem. Uma quantidade de ASA a ser adicionada pode estar na faixa de 0,2 - 5 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão, preferivelmente 0,7 - 3 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão. Uma quantidade de AKD a ser adicionada pode estar na faixa de 0,2 - 4 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão, preferivelmente 0,7 - 2 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão. Uma quantidade de resina colofônia a ser adicionada pode estar na faixa de 0,5 - 10 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão, preferivelmente 1,5 - 3 kg (seco)/tonelada de papel ou papelão.

[0067] Uma suspensão de fibras pode ser qualquer tipo de suspensão de fibras. No presente contexto, e como usado acima, o termo "suspensão de fibras" é entendido como uma suspensão aquosa, que compreende fibras, preferivelmente fibras recicladas, e opcionalmente materiais de enchimento. O produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica é especialmente apropriado para fabricação de graus de papel e/ou papelão tendo um teor de cinzas antes de revestimento, se algum, de > 10%, preferivelmente > 15%, mais preferivelmente > 20%. Padrão ISO 1762, temperatura de 525°C é usado para medições de teor de cinzas. Por exemplo, a suspensão de fibras pode compreender pelo menos 5%, preferivelmente 10 -30%, mais preferivelmente 11 - 19% de material de enchimento mineral. A quantidade de material de enchimento mineral é calculada através de secagem de suspensão de fibras, e o teor de cinzas é medido através de uso de padrão ISO 1762, em temperatura de 525°C. Material de enchimento mineral pode ser qualquer material de enchimento convencionalmente usado em fabricação de papel e papelão, tal como carbonato de cálcio triturado, carbonato de cálcio precipitado, argila, talco, gypsum, dióxido de titânio, silicato sintético, tri-hidrato de alumínio, sulfato de bário, óxido de magnésio ou quaisquer de suas combinações.

[0068] Um sistema de colagem interno da invenção desempenha sobre uma ampla faixa de pH da suspensão de fibras. Um pH da suspensão de fibras pode ser, por exemplo, 4 - 10, mas tipicamente pH está na faixa de 5 - 8. Embora a faixa ótima de pH para cada agente de colagem interno hidrofóbico possa ser mais estreita, é acreditado que devido às aperfeiçoadas retenção e fixação fornecidas pela especificada poliacrilamida anfotérica, as faixas de pH utilizáveis de cada agente de colagem possam ser ampliadas.

[0069] Em uma concretização da invenção, a suspensão de fibras pode compreender material de fibra reciclado. De acordo com uma concretização, a suspensão de fibras compreende pelo menos 50% em peso, preferivelmente pelo menos 60% em peso, mais preferivelmente pelo menos 70% em peso, de material de fibra reciclado, baseado em papel ou papelão seco. Em algumas concretizações, a suspensão de fibras pode compreender mesmo > 80% em peso, ou 100% em peso, de fibras originando-se dos materiais de fibra reciclados.

[0070] De acordo com uma concretização, a suspensão de fibras tem uma condutividade de pelo menos 1,5 mS/cm, preferivelmente pelo menos 2,0 mS/cm, mais preferivelmente pelo menos 3,0 mS/cm, medida no componente da máquina de papel que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina de papel ou papelão. Condutividade elevada é típica para suspensão de fibras compreendendo fibras recicladas e/ou processo de fabricação de papel fechado. O produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica pode ser usado mesmo em condutividade elevada, sem significante diminuição em efetividade em retenção dos agentes de colagem internos hidrofóbicos.

[0071] Um sistema de colagem interno de acordo com a presente invenção também funciona sobre uma ampla faixa de carga aniônica da suspensão de fibras, mesmo perto de zero onde típicos aditivos catiônicos podem causar supercationização e formação de espuma. Típica faixa de desempenho pode ser -0,1 - -1,5 meq/L da suspensão de fibras, mas o sistema de colagem interno de acordo com a presente invenção desempenha bem mesmo em suspensão de fibras tendo carga aniônica de -15 meq/L, tal como em polpa semiquímica de sulfito neutra. A carga aniônica da suspensão de fibras pode ser medida por Mütek Particle Charge Detector.

[0072] De acordo com uma concretização da invenção, a suspensão de fibras compreende fibras obtidas por processo(s) de formação de polpa kraft e/ou mecânico. Em uma concretização preferida, uma suspensão de fibras pode ser polpa mecânica ou kraft não alvejada. Nestas suspensões de fibras, desempenho particularmente bom do sistema de colagem interno de acordo com a presente invenção foi observado comparado a sistemas de colagem convencionais, o que pode ser devido à inerente alta carga de material coloidal e substâncias interferentes destas suspensões de fibras que o presente sistema de colagem é capaz de controlar. Um sistema de colagem interno de acordo com a invenção desempenha mesmo em suspensão de fibras CTMP ou mecânica e/ou kraft não alvejada 100% em peso. De acordo com uma concretização da invenção, uma suspensão de fibras pode compreender material de fibra reciclada e kraft em uma razão em peso de 50:50.

[0073] De acordo com uma concretização, um sistema de colagem interno é usado para aperfeiçoamento de retenção dos agentes de colagem internos hidrofóbicos em fabricação de papel ou papelão. O papelão pode ser selecionado de forro, estriado, forro de papelão gypsum, papel de parede, papelão de centro, papelão de caixa de dobrar (FBB), papelão de aparas forrado branco (WLC), papelão de sulfato alvejado sólido (SBS), papelão sulfato não alvejado sólido (SUS) ou papelão de embalagem de líquido (LPB) tal como estoque de copo. Os papelões podem ser baseados 100% em fibras primárias, 100% em fibras recicladas, ou qualquer combinação possível entre as fibras primárias e as fibras recicladas. Um sistema de colagem interno de acordo com a invenção também é apropriado para uso em fabricação de graus de papel finos; ambos, papel fino revestido e não revestido.

[0074] Um sistema de colagem interno e um método de acordo com a invenção também são apropriados para produção de papelão de múltiplas camadas. Por produção de papelão de múltiplas camadas é pretendida produção de papelão compreendendo pelo menos duas camadas de fibras. Tal papelão de camadas múltiplas pode ser fabricado através de liberação de suspensão aquosa de fibras para um componente da máquina de papelão que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina, e prensagem e secagem de trama úmida para obter uma trama de múltiplas camadas de papelão. Alternativamente, o papelão de múltiplas camadas pode ser fabricado através de liberação de suspensão(s) aquosa de fibras para pelo menos dois componentes da máquina de papelão que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina, drenagem de suspensão(s) aquosa de fibras sobre pelo menos duas telas de arame para formação de tramas úmidas de papel ou papelão, interposição de tramas de fibras úmidas, e prensagem e secagem de tramas úmidas interpostas para obter uma trama de camadas múltiplas de papelão. Nos produtos de múltiplas camadas, um sistema de colagem interno de acordo com a invenção compreendendo poliacrilamida anfotérica e agente de colagem interno hidrofóbico é tipicamente adicionado à mesma suspensão de fibras formando uma ou mais das camadas do produto de papelão de múltiplas camadas. A uma ou mais camadas podem ser uma camada média ou qualquer uma das camadas de superfície do produto. De acordo com uma concretização da invenção, poliacrilamida anfotérica e agente de colagem interno hidrofóbico são adicionados a todas as camadas.

Experimental

[0075] Algumas concretizações da invenção são descritas nos seguintes exemplos não limitantes.

Exemplo de Polímero: Descrição genérica da preparação de produto polímero Preparação de solução de monômero para a poliacrilamida anfotérica

[0076] Solução de monômero é preparada através de mistura de 248,3 g de solução 50% de acrilamida, 0,01 g de solução 40% de sal de Na de DTPA, 2,9 g de gliconato de sódio, 4,4 g de dipropileno glicol, 1,9 g de ácido adípico, e 7,2 g de ácido cítrico em um reator de vidro de laboratório de temperatura controlada a 20 - 25°C. A mistura é agitada até substâncias sólidas serem dissolvidas. À solução são adicionados 32,6 g de ADAM-Cl 80%. O pH da solução é ajustado para 3,0 com ácido cítrico, e 2,8 g de ácido acrílico são adicionados à solução. O pH é ajustado para ser 2,5 - 3,0.

Preparação de Produto Polímero Seco

[0077] Após a solução de monômero ser preparada de acordo com a descrição acima, a solução de monômero é purgada com fluxo de nitrogênio de modo a remover oxigênio.

[0078] Um iniciador é adicionado à solução de monômero. A solução iniciadora é de 4 mL de solução de 2-hidróxi-2-metil propiofenona 6% em polietileno glicol - água (1:1 em peso). A solução de monômero é colocada sobre uma bandeja para formar uma camada de cerca de 1 cm sob luz UV. Luz UV está principalmente na faixa de 350-400 nm, por exemplo, tubos de luz Philips Actinic BL TL 40W podem ser usados. A intensidade da luz é aumentada na medida em que a polimerização procede para completar a polimerização. Nos primeiros 10 minutos a intensidade de luz e de 550 μW/cm2, e nos seguintes 30 minutos ela é de 2000 μW/cm2. O gel obtido é corrido através de um extrusor e secado para teor de umidade de inferior a 10% em temperatura de 60°C. O polímero seco é triturado e peneirado para tamanho de partícula de 0,5 - 1,0 mm.

[0079] A viscosidade intrínseca do produto polímero foi determinada através de viscosímetro Ubbelohde em NaCl 1 M a 25°C. Produto polímero foi dissolvido em NaCl 1 M e uma série de diluições em apropriadas concentrações variando de 0,01 a 0,5 g/dL para determinações de viscosidade. O pH dda solução de polímero para determinação de viscosidade capilar foi ajustado para 2,7 com ácido fórmico para evitar impacto de provável complexação de poli íons para viscosidade. Pesos moleculares foram calculados usando parâmetros "K" e "a" de poliacrilamida. O valor de parâmetro "K" é 0,0191 mL/g e o valor de parâmetro "a" é 0,71. Viscosidade intrínseca determinada foi de 9,9 dL/g e peso molecular calculado 4 400 000 g/mol.

[0080] O produto polímero obtido compreendendo poliacrilamida anfotérica contendo 7% em mol de ADAM-Cl, 2% em mol de ácido acrílico e 91% em mol de acrilamida é usado nos seguintes Exemplos de Aplicação.

Exemplo de Aplicação 1

[0081] Retenção de ASA em máquina de papelão de embalagem de líquido é investigada em laboratório. Uma solução aquosa de tratamento do produto polímero compreendendo poliacrilamida anfotérica é combinada com emulsão de ASA - amido (amido aqui usado é amido catiônico) antes de introdução para uma suspensão de fibras. Como referências, emulsão de ASA - amido é usada sem coadição de qualquer polímero sintético, e com coadição de um coagulante inorgânico catiônico convencional cloreto de polialumínio (PAC), e um polímero glioxilado catiônico (GPAM). O GPAM usado é de densidade de carga de cerca de 1,8 meq/g (seco).

Método de Laboratório:

[0082] Polpa química alvejada é tomada de uma caixa de máquina de papelão de 2-pregas da prega superior e diluída para 1% em peso com água de filtrado clara para obter uma amostra de polpa. Quantidade de amostra de polpa é de 300 mL. 9 mL de emulsão de ASA - amido são tomados com seringa de 20 mL. Soluções de polímero de teor seco de 0,1% em peso (nível de dosagem de 330 g/t como seco) são adicionadas a seringa e misturadas na seringa. Mistura de emulsão de ASA - amido e polímero é adicionada a 300 mL de amostra de suspensão de fibras. Após adição de composto químico, amostra de fibras é misturada 60 s com misturador de laboratório em 700 rpm. Após mistura a amostra é filtrada à vácuo com Buchner (diâmetro de ~15 cm) incluindo tela de polímero de 400 μm). Filtrado amostra (20 microlitros) é diluído com água destilada (980 microlitros) e agente de coloração fluorescente (20 microlitros) é adicionado. Medição citométrica de fluxo é realizada para filtrados de amostra diluída usando dispositivo SL Blue fornecido por Partec GmbH. Também amostra de emulsão de ASA - amido sem suspensão de fibras é medida, para identificar a localização de ASA - população de partículas nos dados de medição. A quantidade de partículas hidrofóbicas totais e ASA - partículas é medida e calculada a partir de amostras de filtrado diluídas. Os resultados são apresentados na Tabela 1. Tabela 1. A quantidade de partículas-ASA e hidrofóbicas totais não retidas em filtrados de amostras

Exemplo de Aplicação 2

[0083] Neste exemplo, uma máquina Fourdrinier de 2-camadas produzindo papel linear é corrida com adição de ASA de 2,5 g/t de papel para estoque espesso de prega base em caixa de máquina, o estoque compreendendo kraft não alvejado e OCC em razão em peso de 50:50. A seguir poliacrilamida anfotérica como especificada nas reivindicações é adicionada ao estoque espesso de prega base, à saída da caixa de máquina, em quantidades de 0,3 - 0,6 kg/t de papel, enquanto continuando a mesma dosagem de ASA. Como um resultado, valor Cobb60 é aperfeiçoado de 29 para 22 g/m2 como mostrado na Tabela 2.

[0084] Compostos químicos em estoque espesso de prega base e ponto de dosagem: - tamanho ASA 2,5 g/t, caixa de máquina - amido catiônico 5 kg/t, caixa de máquina - alúmen 3 kg/t, caixa de máquina - CPAM grau retenção e sílica, antes e após tela

[0085] Condições de extremidade úmida em prega base são pH 7, condutividade 2500 μS/cm, carga aniônica -350 μekv/L, e potencial zeta -10 mV. Tabela 2. Aperfeiçoamento Cobb60 com diferentes dosagens especificadas da poliacrilamida anfotérica

Exemplo de Aplicação 3

[0086] Neste exemplo, uma máquina Fourdrinier de 2-camadas produzindo forro kraft a partir de 100% de fibras kraft não alvejadas é corrida com adição de ASA a estoque espesso proporcionando para o papel um valor Cobb60 alvo. A seguir poliacrilamida anfotérica como especificada nas reivindicações é começada a ser adicionada a estoque espesso. Valor Cobb60 de papel é monitorado e dosagem ASA é diminuída para manter o valor Cobb60 alvo. O valor Cobb60 alvo é estável com dosagem de ASA 25-30% menor, comparada a não utilização de poliacrilamida anfotérica.

Exemplo de Aplicação 4

[0087] Neste exemplo, papelão de caixa de dobrar é produzido usando CTMP e quebrado no suprimento de prega médio. ASA é adicionado ao suprimento de prega médio, pH 7, proporcionando ao papelão um valor Cobb60 alvo. A seguir poliacrilamida anfotérica como especificada nas reivindicações é adicionada 200 - 400 g/t de papelão a estoque fino antes de tela de pressão. Valor Cobb60 de papelão é monitorado e dosagem de ASA diminuída para manter o valor Cobb60 alvo. O valor Cobb60 é estável com dosagem de ASA 12% menor, comparada a não utilização de poliacrilamida anfotérica. Ao mesmo tempo menos depósitos são observados sobre a maquinaria, resultando em aperfeiçoada capacidade de corrida.

Claims (24)

1. Sistema de colagem interno para fabricação de papel ou papelão, caracterizado pelo fato de que compreende: - um agente de colagem interno hidrofóbico como um primeiro componente selecionado do grupo consistindo em anidrido alquenil succínico (ASA), dímero alquil ceteno (AKD), colas colofônia e qualquer combinação dos mesmos, e - um produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica como um segundo componente, cuja poliacrilamida anfotérica tem carga líquida neutra ou catiônica em pH 7, um peso molecular ponderai médio de 3.500.000 - 18.000.000 g/mol e uma ionicidade total de 5 - 20% em mol e cuja poliacrilamida anfotérica compreende um reticulador inferior a 0,002% em mol, em que o primeiro componente e o segundo componente são fornecidos como componentes separados ou como uma combinação do primeiro componente e do segundo componente.

2. Sistema de colagem interno, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto polímero solúvel em água compreendendo poliacrilamida anfotérica é dissolvido em água para obter uma solução aquosa de tratamento, que tem um valor de pH de 2,5 - 6,5, preferivelmente 2,5 - 6, mais preferivelmente 2,5 - 5.

3. Sistema de colagem interno, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro componente é formulado com um amido catiônico, o segundo componente ou qualquer combinação dos mesmos.

4. Sistema de colagem interno, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a combinação do primeiro e do segundo componente é formada através de emulsificação do primeiro componente com a solução aquosa de tratamento do segundo componente.

5. Sistema de colagem interno, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que uma viscosidade do amido catiônico ou a solução aquosa de tratamento do segundo componente é no máximo de 250 mPas, preferivelmente no máximo 200 mPas e mais preferivelmente na faixa de 100 - 200 mPas.

6. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a poliacrilamida anfotérica tem um peso molecular ponderal médio na faixa de preferivelmente 3.500.000 - 11.000.000 g/mol.

7. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a ionicidade total da poliacrilamida anfotérica é de 6 - 15% em mol, preferivelmente 6 - 12% em mol.

8. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a poliacrilamida anfotérica no produto polímero compreende 3 - 25% em mol, preferivelmente 3 - 20% em mol, mais preferivelmente 4 - 12% em mol, de unidades estruturais derivadas de monômeros catiônicos, e 0,5 - 6% em mol, preferivelmente 1 - 5% em mol, mais preferivelmente 1 - 3% em mol, de unidades estruturais derivadas de monômeros aniônicos.

9. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de 50 - 95%, preferivelmente 60 - 90%, mais preferivelmente 70 - 85%, das unidades carregadas na poliacrilamida anfotérica são catiônicas.

10. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a poliacrilamida anfotérica tem uma carga catiônica líquida quando medida em pH 7.

11. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a poliacrilamida anfotérica é uma poliacrilamida linear.

12. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a poliacrilamida anfotérica compreende o reticulador em menos que 0,0005% em mol e preferivelmente menos que 0,0001% em mol.

13. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a poliacrilamida anfotérica origina-se de monômeros selecionados de acrilato de 2-(dimetil amino) etila (ADAM), cloreto de [2-(acriloilóxi) 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- (metacriloilóxi) 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).

14. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que as unidades aniônicas da poliacrilamida anfotérica originam-se de monômeros selecionados de ácidos sulfônico ou mono- ou dicarboxílicos insaturados, preferivelmente de ácidos sulfônico ou monocarboxílicos insaturados, tais como ácido (met)acrílico, e/ou ácido 2-acrilamido-2-metil propano sulfônico (AMPS).

15. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o produto polímero tem um teor de polímero de pelo menos 25% em peso, preferivelmente pelo menos 60% em peso.

16. Sistema de colagem interno, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende um produto polímero solúvel em água e um agente de colagem interno hidrofóbico em uma razão em peso de 1:15 - 1,5:1, preferivelmente 1:10 - 1:2.

17. Método para fabricação de papel ou papelão, em que uma trama de fibras é formada a partir de uma suspensão aquosa de fibras, caracterizado pelo fato de que compreende: - fornecer uma suspensão aquosa de fibras; - opcionalmente diluir a suspensão aquosa de fibras; - liberar a suspensão aquosa de fibra para um componente da máquina de papel que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina ("headbox"), drenar a suspensão aquosa de fibras sobre uma tela de arame para formar uma trama úmida de papel ou papelão, e - prensar e secar trama úmida para obter uma trama de papel ou papelão; em que o sistema de colagem interno, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, é adicionado a uma fração da suspensão de fibras.

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o primeiro componente e a solução aquosa de tratamento do segundo componente do sistema de colagem interno são adicionados separadamente à suspensão de fibras.

19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o primeiro componente e a solução aquosa de tratamento do segundo componente do sistema de colagem interno são combinados antes de adição na suspensão de fibras.

20. Método, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da solução aquosa de tratamento do segundo componente é adicionada a uma fração da suspensão de fibras compreendendo uma suspensão quebrada após uma torre de quebra e antes de um espessador de quebra, e o quebrado espessado é combinado com outras frações da suspensão de fibras.

21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da solução aquosa de tratamento do segundo componente é adicionada à suspensão de fibras tendo uma consistência de acima de 20 g/L.

22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte da solução aquosa de tratamento do segundo componente é adicionada à suspensão de fibras perto de um componente da máquina de papel que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina, antes de uma tela da máquina de papel ou papelão.

23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 22, caracterizado pelo fato de que a suspensão aquosa de fibras é liberada para um componente da máquina de papel que transfere o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina de camadas múltiplas ou pelo menos dois componentes da máquina de papel que transferem o fluxo da pasta de celulose do tubo para a parte plana da máquina, em que uma trama de múltiplas camadas de papelão é obtida.

24. Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que uma ou mais camadas do papelão de múltiplas camadas compreendem o sistema de colagem interno.