BR112020026729A2 - Composições e métodos para melhorar propriedades de materiais lignocelulósicos - Google Patents
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Abstract
uma composição de colagem por pressão para melhorar propriedades de material lignocelulósico é aqui provida. a composição de colagem por pressão inclui um sal de alumínio e um agente de colagem de emulsão aniônica de acrilato de estireno. o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão aniônica de acrilato de estireno são de modo substancialmente homogêneo dispersos dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10x. uma composição de colagem por pressão formada por um processo também é aqui provida. o processo inclui combinar um corante e um amido para formar uma mistura de corante. o processo inclui adicionalmente combinar a mistura de corante, um agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno e um sal de alumínio para formar a composição de colagem por pressão. o corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno são de modo substancialmente homogêneo dispersos dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10x.
Description
[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido U.S. No. 16/018.936, depositado em 26 de junho de 2018, os conteúdos dos quais são por meio deste expressamente aqui incorporado por referência.
[0002] A presente divulgação geralmente se refere à colagem superficial de produtos de papel e mais particularmente composições e métodos para melhorar propriedades de materiais lignocelulósicos utilizando um sal de alumínio e um agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno (SAE).
[0003] Os agentes de colagem de emulsão de acrilato de estireno (SAE) foram amplamente usados na indústria de papel e papelão como agentes de colagem superficial para melhorar a resistência à água de papel e papelão. Dependendo dos monômeros utilizados na síntese, estes agentes de engomadura de SAE podem ser catiônicos, aniônicos, ou anfotéricos, todos usados industrialmente em condições bem definidas.
[0004] Estes agentes de engomadura de SAE são usados por si mesmos ou ligados com auxiliares de engomadura, tais como sais de alumínio e mais notavelmente sulfato de alumínio (alume) e cloreto de polialumínio (PAC). Uma vez ionizado em uma solução aquosa, o cátion de alumínio ajuda a prender o agente de engomadura nas fibras de celulose negativamente carregadas. Estes auxiliares de engomadura são fortemente catiônicos e convencionalmente somente utilizados com agentes de engomadura catiônicos da SAE na prensa de tamanho.
[0005] Enquanto os íons metálicos polivalentes tais como alumínio são auxiliares de engomadura eficazes, a natureza catiônica do íon de alumínio na solução limita o fabricante de papel e papelão a usar somente corantes catiônicos, agentes abrilhantadores óticos catiônicos (OBA) e outros aditivos catiônicos quando adicionados à prensa de tamanho. Além disso, os agentes de engomadura de SAE catiônicos também devem ser utilizados no processo de engomadura com o sal de alumínio que resulta em um aumento no custo para o processo de engomadura devido ao aumento no custo dos agentes de engomadura de SAE catiônicos com relação aos agentes de engomadura de SAE aniônicos. Corantes aniônicos, OBAs aniônicos e outros aditivos aniônicos levarão à formação de coacervatos com cátions polivalentes positivamente carregados, neste caso, o alumínio do sal de alumínio. Coacervatos e depósitos também se formarão se estes sais de alumínio são combinados com agentes de engomadura de SAE aniônicos.
[0006] Quando os corantes aniônicos são usados no processo de fabricação de papel e papelão, agentes de colagem superficial tipicamente aniônicos, tais como agentes de engomadura de SAE aniônicos e soluções de anidrido maléico de estireno, ou polímeros do ácido acrílico de estireno são usados para o engomadura. Os sais de alumínio, tais como PAC e alume, não podem ser usados como estes sais por serem fortemente catiônicos. Isto é problemático considerando que os agentes de engomadura de SAE aniônicos não ligam eficazmente com as fibras devido à carga negativa tanto na SAE quanto na fibra deste modo levando ao engomadura reduzido em dosagens equivalentes ao sistema catiônico. Deste modo, uma solução é necessária para o desempenho melhorado desta combinação.
[0007] Portanto, é desejável prover composições e métodos para utilizar agentes de engomadura de SAE, tais como agentes de engomadura de SAE aniônicos e sais de alumínio com corantes e OBAs, tais como corantes aniônicos e OBAs. Além disso, outros atributos e características desejáveis se tornarão evidentes a partir do subsequente sumário, descrição detalhada e reivindicações em anexo, tomados em conjunção com as figuras anexas e o campo técnico e fundamentos precedentes.
[0008] Várias formas de realização não limitantes das composições para melhorar as propriedades de materiais lignocelulósicos e várias formas de realização não limitantes dos métodos para o mesmo, são aqui divulgadas.
[0009] Em uma forma de realização não limitante, uma composição de colagem por pressão para melhorar as propriedades de material lignocelulósico é aqui provida.
A composição de colagem por pressão inclui, mas não é limitada a um sal de alumínio e um aniônico agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno (SAE). O sal de alumínio e o agente de engomadura de SAE aniônico são, de modo substancialmente homogêneo, dispersados dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
[0010] Em uma outra forma de realização não limitante, uma composição de colagem por pressão para melhorar as propriedades de material lignocelulósico formado por um processo é aqui fornecida. O processo inclui, mas não é limitado a combinar um corante e um amido para formar uma mistura de corante. O processo também inclui, mas não é limitado a combinar a mistura de corante, um agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno (SAE) e um sal de alumínio para formar a composição de colagem por pressão. O corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de engomadura de SAE são, de modo substancialmente homogêneo, dispersados dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
[0011] Em uma outra forma de realização não limitante, um método de colar papel é aqui provido. O método inclui, mas não é limitado a combinar um corante e um amido para formar uma mistura de corante. O método também inclui, mas não é limitado a combinar a mistura de corante, um agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno (SAE) e um sal de alumínio para formar uma composição de colagem por pressão. O método também inclui, mas não é limitado a aplicar a composição de colagem por pressão a um material lignocelulósico. O corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de engomadura de SAE são, de modo substancialmente homogêneo, dispersados dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
[0012] Outras vantagens do assunto divulgado serão prontamente apreciadas, conforme estas se tornam melhor entendidas com referência à seguinte descrição detalhada quando considerada em conexão com as figuras anexas em que:
[0013] A FIG. 1 é uma imagem de uma forma de realização não limitante de uma solução de colagem;
[0014] A FIG. 2 é uma imagem de uma solução de engomadura comparativa;
[0015] A FIG. 3A é uma imagem, sem ampliação, de uma forma de realização não limitante de uma composição de colagem por pressão;
[0016] A FIG. 3B é uma imagem, com amplificação, de uma forma de realização não limitante da composição de colagem por pressão da FIG. 3A;
[0017] A FIG. 4A é uma imagem, sem amplificação, de uma composição comparativa de colagem por pressão;
[0018] A FIG. 4B é uma imagem, com amplificação, da composição comparativa de colagem por pressão da FIG. 4A;
[0019] A FIG. 5 é um gráfico que ilustra os dados experimentais das formas de realização não limitantes das soluções de engomadura; e
[0020] A FIG. 6 é um gráfico que ilustra os dados experimentais das formas de realização não limitantes da composição de colagem por pressão.
[0021] A seguinte descrição detalhada é meramente exemplar, por natureza, e não é intencionada limitar os sistemas e métodos como aqui descritos. Além disso, não há intenção de estar ligada a qualquer teoria apresentada nos fundamentos precedentes ou na seguinte descrição detalhada.
[0022] A seguinte descrição provê detalhes específicos, tais como materiais e dimensões, para prover um entendimento completo da presente divulgação. O técnico habilitado, contudo, apreciará que a presente divulgação pode ser praticada sem utilizar estes detalhes específicos. De fato, a presente divulgação pode ser praticada em conjunção com o processamento, fabricação, ou técnicas de fabricação convencionalmente usadas na indústria de papel. Além disso, os processos abaixo descrevem somente etapas, ao invés de um fluxo de processo completo, para a fabricação da composição inventiva de colagem por pressão de acordo com a presente divulgação.
[0023] Como aqui usado, “a”, “o”, ou “um” significam um ou mais a menos que de outro modo especificado. O termo “ou” pode ser conjuntivo ou disjuntivo. Os termos abertos tais como “incluem”, “incluindo”, “contém”, “contendo” e os semelhantes significam “compreendendo”. O termo “cerca de” como usado em conexão com um valor numérico por todo o relatório descritivo e as reivindicações indica um intervalo de precisão, familiar e aceitável para uma pessoa habilitada na técnica. Em geral, tal intervalo de precisão é de ± 10 %. Deste modo, “cerca de dez” significa de 9 a 11. Todos os números nesta descrição indicando quantidades, razões de materiais, propriedades físicas de materiais, e/ou uso devem ser entendidos como modificados pela palavra “cerca de”, exceto como de outro modo explicitamente indicado. Como aqui usado, o “%” descrito na presente divulgação se refere à porcentagem em peso a menos que de outro modo indicado. Como aqui usado, a frase “substancialmente livre de” significa que uma composição contém pouco ou nenhum ingrediente/componente especificado, tal como menos do que cerca de 1 % em peso, 0,5 % em peso, ou 0,1 % em peso, ou abaixo do nível detectável do ingrediente especificado.
[0024] Uma composição de colagem por pressão é aqui fornecida para melhorar as propriedades de material lignocelulósico. A composição de colagem por pressão inclui um sal de alumínio e um agente aniônico de colagem de emulsão de acrilato de estireno (SAE). O sal de alumínio e o agente aniônico de engomadura de SAE são dispersados de modo substancialmente homogêneo dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X. Em algumas formas de realização, a composição de colagem por pressão também inclui um amido. O amido, o sal de alumínio e o agente aniônico de engomadura de SAE são dispersados de modo substancialmente homogêneo dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X. Nas formas de realização exemplares, a composição de colagem por pressão também inclui um corante. O corante, o amido, o sal de alumínio e o agente aniônico de engomadura de SAE são dispersados de modo substancialmente homogêneo dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X. A composição pode ser utilizada para colar papel. Uma prensa de tamanho é tipicamente usada para aplicar a composição à superfície do papel ou papelão para melhorar a suavidade, capacidade de impressão, força e resistência aos penetrantes aquosos. A composição de colagem por pressão é aplicada ao papel em um dispositivo de prensa de tamanho na máquina de papel (na máquina) ou em um dispositivo de prensa de tamanho separado (fora da máquina).
[0025] Em várias formas de realização, a composição de colagem por pressão é formada através de um processo incluindo a etapa de combinar o corante e o amido para formar uma mistura de corante. Em um esforço para minimizar a coagulação do corante quando combinado com o sal de alumínio (catiônico), o corante é primeiro combinado com o amido para formar a mistura de corante. O corante e o amido podem ser combinados utilizando qualquer maneira conhecida na técnica de modo que o corante e o amido são bem misturados, tal como utilizando-se um misturador estático ou tanque de mistura equipado com um impulsor aéreo. Em algumas formas de realização, o processo também inclui a etapa de misturar o corante e o amido utilizando agitação. A mistura de corante pode incluir o corante em uma quantidade de cerca de 1 a cerca de 20 % em peso com base em um peso total da mistura de corante. A mistura de corante pode incluir o amido em uma quantidade de cerca de 1 a cerca de 20 % em peso. Deve ser apreciado que o corante pode ser pré-misturado com uma porção do amido antes da combinação com a composição de colagem por pressão que pode incluir uma outra porção do amido. Deste modo, a divulgação não é limitada às faixas descritas imediatamente acima para a quantidade de corante e amido e pode ser combinada em qualquer quantidade conhecida na técnica. De modo que o corante seja combinado com o amido anteriormente para formar a composição de colagem por pressão. Além disso, deve ser apreciado que o corante e amido podem ser combinados à montante em uma máquina de papel com relação à introdução do PAC e agente de engomadura de SAE na máquina de papel, assim, tornando o período de tempo entre a combinação do corante e o amido e a introdução do PAC e agente de engomadura de SAE contabilizável para a etapa de mistura.
[0026] O processo também inclui a etapa de combinar a mistura de corante, o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio para formar a composição de colagem por pressão. A mistura de corante, o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio podem ser individualmente combinados para formar a composição de colagem por pressão. A mistura de corante, o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio podem ser combinados utilizando qualquer maneira conhecida na técnica de modo que a mistura de corante, o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio são bem misturados, tal como utilizando um misturador estático.
[0027] Em outras formas de realização, as etapas de combinar a mistura de corante, o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio para formar a composição de colagem por pressão incluem a etapa de combinar o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio para formar uma solução de colagem e combinar a mistura de corante e a solução de colagem para formar a composição de colagem por pressão. O agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio podem ser combinados utilizando qualquer maneira conhecida na técnica contanto que o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio sejam bem misturados, tal como utilizando um misturador estático. Nas formas de realização, uma solução de engomadura estável pode ser obtida quando combinando agente de engomadura aniônico, catiônico, ou anfotérico de SAE com o sal de alumínio (catiônico). Em algumas formas de realização, a solução de colagem inclui o sal de alumínio e o agente de engomadura de SAE em uma razão em peso de cerca de 1:20 a cerca de 20:1, alternativamente de cerca de 1:5 a cerca de 5:1, ou alternativamente de cerca de 1:3 a cerca de 3:1.
[0028] O corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de engomadura de SAE são dispersados de modo substancialmente homogêneo dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X. O termo “substancialmente”, como aqui utilizado, significa que pelo menos 80 % em peso, alternativamente pelo menos 90 % em peso, alternativamente pelo menos 95 % em peso, ou alternativamente pelo menos 99 % em peso da composição de colagem por pressão com base em um peso total da composição de colagem por pressão são homogeneamente dispersados. O termo “homogeneamente dispersado” significa que os componentes da composição de colagem por pressão são uniformemente dispersados por toda a composição de colagem por pressão. A observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X pode ser realizado em uma amostra da composição de colagem por pressão utilizando um microscópio configurado com uma lente ótica na ampliação de 10X e uma luz de fundo. Deve ser apreciado que as observações visuais da composição de colagem por pressão podem ser realizadas usando um microscópio em uma amplificação de menos do que 10X, ou sem o auxílio da amplificação, contanto que os componentes da composição de colagem por pressão sejam dispersados de modo substancialmente homogêneo nesta com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X. O tamanho de amostra pode ser uma gota de uma pipeta de transferência descartável de 7,5 ml (VWR#414004-004). A gota foi colocada em um microlâminas de 75 x 25 mm, fosco único (Corning 2948-75x25). Um deslizamento de cobertura foi colocado no topo (VWR Micro cover glass 25 x 25, Cat. No 48366249).
[0029] O corante utilizado na composição de colagem por pressão pode ser qualquer corante conhecido na técnica. O corante pode incluir corantes básicos, corantes ácidos, corantes aniônicos, corantes catiônicos, ou combinações destes. Em algumas formas de realização, o corante é um corante aniônico. Os corantes aniônicos adequados são comercialmente disponíveis da Archroma de Reinach, Suíça sob o nome comercial de Cartasol, tal como Cartasol® F e da Kemira de Helsinki, Finlândia sob o nome comercial de Levacell/PontamineKS, tal como um corante vermelho Levacell e um corante morram Levacell. Os corantes catiônicos adequados são comercialmente disponíveis da Archroma de Reinach, Suíça sob o nome comercial de Cartasol, tal como Cartasol® K e da Kemira de Helsinki, Finlândia sob o nome comercial de Levacell/PontamineKS, tal como Fast Blue KS-6GLL. O corante é geralmente adicionado à composição de corante como uma solução ou dispersão aquosa, mas também pode ser adicionado na forma sólida. A composição de colagem por pressão pode incluir o corante em uma quantidade de 0,001 a cerca de 2 % em peso, alternativamente de cerca de 0,001 a cerca de 1 % em peso, ou alternativamente de cerca de 0,001 a cerca de 0,5 % em peso, com base em um peso total da composição de colagem por pressão. Alternativamente, a composição de colagem por pressão pode incluir o corante em uma quantidade de até 2 % em peso, alternativamente até 1 % em peso, ou alternativamente até 0,5 % em peso, com base em um peso total da composição de colagem por pressão.
[0030] O amido utilizado na composição de colagem por pressão pode ser derivado de qualquer uma das fontes conhecidas, por exemplo, milho, batata, arroz, tapioca e trigo. O amido pode ser convertido por intermédio dos tratamentos por enzima, ácido ou persulfato. O amido também pode ser modificado, incluindo catiônico, oxidado, etilado, anfotérico, hidrofobicamente e os semelhantes. Outros polímeros hidroxilados solúveis em água que podem ser usados incluem os carboidratos tais como alginatos, carragenina, goma guar, goma Arábica, goma ghatti, pectina e os semelhantes. Os celulósicos modificados tais como carboximetil celulose ou hidroxietilcelulose podem ser usados. Os polímeros hidroxilados sintéticos solúveis em água, tais como álcoois polivinílicos completa ou parcialmente hidrolisados também podem ser usados. Qualquer polímero hidroxilado solúvel em água que pode ser aplicado ao papel em uma prensa de tamanho é adequado. Expressado como quilogramas (libras) de amido seco por tonelada de papel seco (kg (lb)/T), os níveis de adição de amido podem variar de 0 a cerca de 54 kg/T (120 lb/T) (ou de 0 a cerca de 6 % em peso com base em um peso total do papel seco), alternativamente de cerca de 18 (40) a cerca de 45 kg/T (100 lb/T) (ou de cerca de 2 a cerca de 5 % em peso com base em um peso total do papel seco), ou alternativamente de cerca de 27 (60) a cerca de 45 kg/T (100 lb/T) (ou de cerca de 3 a cerca de 5 % em peso com base em um peso total do papel seco). A composição de colagem por pressão pode incluir o amido em uma quantidade de 1 a cerca de 25 % em peso, alternativamente de cerca de 2 a cerca de 22 % em peso, ou alternativamente de cerca de 4 a cerca de 18 % em peso, com base em um peso total da composição de colagem por pressão.
[0031] O agente de engomadura de SAE pode ser utilizado na composição de colagem por pressão para melhorar a resistência à água do papel e papelão. O agente de engomadura de SAE também pode ser indicado como um copolímero de emulsão de acrilato de estireno (SAE). Os agentes de engomadura de SAE podem ser moléculas anfifílicas incluindo um grupo hidrofílico e um grupo hidrofóbico. O grupo hidrofílico pode estar virado para uma fibra do papel ou papelão e o grupo hidrofóbico pode se estender da fibra, deste modo formando um acabamento resistente à água no papel ou papelão. O agente de engomadura de SAE pode ser catiônico, aniônico, ou anfotérico que é dependente dos monômeros utilizados na síntese do agente de engomadura de SAE. Como introduzido acima, em algumas formas de realização, o agente de engomadura de SAE é aniônico. O agente aniônico de engomadura de SAE é geralmente mais eficaz em custo para utilizar na composição de colagem por pressão se comparado ao agente catiônico de engomadura de SAE.
[0032] O agente de engomadura de SAE pode estar na forma de um látex. O agente de estireno de engomadura de SAE pode ser formado a partir de uma mistura de reação incluindo estireno ou estireno substituído, acrilato ou metacrilato de alquila ou, ácido carboxílico etilenicamente insaturado, ou combinações destes.
[0033] O grupo alquila do acrilato ou metacrilato de alquila pode conter de 1 a 12 átomos de carbono. Os acrilatos ou metacrilatos de alquila exemplares incluem, mas não são limitados a metacrilato de metila, acrilato de etila, metacrilato de etila, acrilato de propila, acrilato de butila, acrilato de n-butila, acrilato de t-butila, metacrilato de butila, acrilato de 2-etilexila, metacrilato 2-etilexila, acrilato de laurila, metacrilato de laurila e combinações destes.
[0034] Os exemplos de ácidos carboxílicos etilenicamente insaturados adequados podem incluir, mas não são limitados a ácidos carboxílicos α,β-insaturados tais como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido ou anidrido maléico, ácido fumárico, ácido itacônico e combinações destes.
[0035] Os exemplos de estirenos adequados ou estirenos substituídos podem incluir, mas não são limitados a estireno, α-metilestireno, vinil tolueno e combinações destes.
[0036] Em algumas formas de realização, o agente de engomadura de SAE é formado a partir de uma mistura de reação incluindo estireno e acrilato de butila. O agente de engomadura de SAE pode ser formado a partir de uma mistura de reação incluindo estireno em uma quantidade de cerca de 10 a cerca de 90, alternativamente de cerca de 25 a cerca de 75, ou alternativamente de cerca de 33 a cerca de 67, com base em uma razão molar do agente de engomadura de SAE.
[0037] O agente de engomadura de SAE pode ter uma Tg em uma quantidade de cerca de -15° C a cerca de 90° C, alternativamente de cerca de 5° C a cerca de 80° C, ou alternativamente de cerca de 30° C a cerca de 70° C.
[0038] Os Exemplos de agentes de engomadura de SAE adequados são comercialmente disponíveis da Solenis International LP de Wilmington, Delaware sob o nome comercial de Chromaset 800 e Impress ST-730.
[0039] A composição de colagem por pressão pode incluir o agente de engomadura de SAE em uma quantidade de 0,001 a cerca de 12,5 % em peso, alternativamente de cerca de 0,006 a cerca de 5 % em peso, ou alternativamente de cerca de 0,05 a cerca de 4 % em peso, com base em um peso total da composição de colagem por pressão. O agente de engomadura de SAE pode ser aplicado ao papel em uma quantidade de cerca de 0,005 a cerca de 1 % em peso, alternativamente de cerca de 0,02 a cerca de 0,5 % em peso, ou alternativamente de cerca de 0,2 a cerca de 0,3 % em peso, com base em um peso seco total do papel.
[0040] O sal de alumínio é um sal inorgânico que pode melhorar a desidratação e retenção nas aplicações de papel ou papelão. Os sais de alumínio adequados incluem, mas não são limitados a sulfato de alumínio com a fórmula Alx(SO4)y(H2O)z, onde x é de 1 a 3, y é de 1 a 4 e z é de 0 a 20. Um sulfato de alumínio adequado, convencionalmente indicado como alume, é comercialmente disponível da General Chemical Corporation de Nova Jersey. Outros sais de alumínio incluem os compostos de polialumínio com a fórmula de Aln(OH)mX(3n−m), em que X é um íon negativo tal como cloreto, sulfato, silicato, ou acetato e n e m são números inteiros maiores do que zero, tal que (3n−m) é maior do que zero. Quando X é cloreto, o sal é cloreto de polialumínio (PAC). Uma mistura de sais também pode ser usada. Em algumas formas de realização, o sal de alumínio inclui sulfato de alumínio (alume), polissufato de alumínio, cloreto de polialumínio, cloroidrato de polialumínio, clorossulfato de polialumínio, ou combinações destes. Em uma forma de realização exemplar, o sal de alumínio inclui cloreto de polialumínio. O cloreto de polialumínio é catiônico e apresenta basicidade variante. A química do cloreto de polialumínio é frequentemente expressada na forma Aln(OH)mCl(3n-m) onde a basicidade pode ser definida pelo termo m/(3n) nesta equação. Nas formas de realização, como descrito acima, o cloreto de polialumínio que é catiônico pode ser combinado com o corante aniônico, contanto que o corante aniônico seja primeiro combinado com o amido. Os Exemplos de cloretos de polialumínio adequados são comercialmente disponíveis da Solenis International LP de Wilmington, Delaware sob o nome comercial de Perform PB9007 (PAC de alta basicidade) e Prequel 737 (PAC de baixa basicidade).
[0041] A composição de colagem por pressão pode incluir o sal de alumínio em uma quantidade de cerca de 0,002 a cerca de 6,5 % em peso, alternativamente de cerca de 0,003 a cerca de 5 % em peso, ou alternativamente de cerca de 0,008 % em peso a cerca de 2,5 % com base na quantidade do elemento alumínio do sal de alumínio e com base em um peso total da composição de colagem por pressão. O sal de alumínio pode ser aplicado ao papel em uma quantidade de cerca de 0,01 a cerca de 0,5 % em peso, alternativamente de cerca de 0,02 a cerca de 0,4 % em peso, ou alternativamente de cerca de 0,05 a cerca de 0,2 % em peso, com base em um peso seco total do papel.
[0042] A composição de colagem por pressão também pode incluir um agente de abrilhantamento ótico. Os agentes de abrilhantamento ótico podem compensar o tom amarelado (papel ou têxtil branqueado têm uma cor amarelada) do papel ou papelão. O tom amarelado pode estar presente pela absorção da luz de comprimento de onda curto (violeta-para-azul). Com os agentes abrilhantadores ótico, esta luz de comprimento de onda curto pode ser substituída em parte, deste modo um branco completo pode ser obtido sem a perda da luz. Esta luz adicional pode ser produzida pelo agente abrilhantador por fluorescência. Os agentes abrilhantadores óticos podem absorver a porção invisível do espectro da luz do dia e converter esta energia na porção visível de comprimento de onda mais longo do espectro, isto é, em azul para luz azul-violeta. Os agentes de abrilhantamento ótico podem ser aniônicos ou catiônicos. Em algumas formas de realização, o agente de abrilhantamento ótico é aniônico. Os exemplos de agentes de abrilhantamento ótico adequados incluem, mas não são limitados a Estilbeno e derivados de Estilbeno, ou combinações destes. O agente de abrilhantamento ótico pode ser utilizado em uma quantidade de pelo menos 0,5 % em peso com base no papel produzido.
[0043] A composição de colagem por pressão também pode incluir aditivos de prensa de tamanho convencionais conhecidos na técnica, tais como sais, enchedores, desespumantes, biocidas, ceras, agentes de engomadura adicionais, ou combinações destes. Os agentes de engomadura adicionais conhecidos podem incluir, dímeros de alquil ceteno, anidridos alquenil succínicos, anidridos de ácido graxo, etc. Tipicamente, a composição de colagem por pressão tem um pH abaixo cerca de 6 e uma temperatura de cerca de 0 a cerca de 99° C, alternativamente de cerca de 45 a cerca de 99° C.
[0044] Para os propósitos deste pedido, o termo engomadura se refere à capacidade do papel ou papelão de resistir a penetração por líquidos aquosos. Os compostos que são projetados para aumentar a retenção dos líquidos são conhecidos como agentes de engomadura. Os valores de engomadura são específicos ao teste usado. Um teste comum para medir a resistência aos penetrantes aquosos é o teste de Cobb, descrito abaixo. Para uma discussão quanto ao tamanho, ver Principles of Wet End Chemistry por William E. Scott, Tappi Press 1996, Atlanta, ISBN 0-89852- 286-2. As descrições de vários testes de tamanho podem ser encontradas no The Handbook of Pulping and Papermaking por Christopher J. Biermann, Academic Press 1996, San Diego, ISBN 0-12-097362-6 e Properties of Paper: An Introduction ed. William E. Scott e James C. Abbott Tappi Press 1995, Atlanta, ISBN 0-89852-062-2. O papel dimensionado tipicamente tem um valor de tamanho maior do que cerca de 1 segundo, alternativamente maior do que cerca de 20 segundos, ou alternativamente maior do que cerca de 100 segundos, como medido pelo Teste de Engomadura Hercules (HST). Os valores de HST mais altos representam mais engomadura.
[0045] Um papel ou papelão que é dimensionado com a composição de colagem por pressão de acordo com a divulgação é formado a partir de material lignocelulósico e pode conter polpa com base em madeira moída para madeira quimicamente branqueada ou uma não madeira com polpa base ou uma combinação de polpas. Além disso, a polpa pode ser obtida integralmente ou em parte de produtos de papel e papel reciclado. A polpa pode conter um pouco de polpa sintética. A polpa pode ser alguma combinação de tipos de polpa, tal como madeira dura e madeira macia ou um certo tipo de madeira, tal como Eucalipto. A polpa pode ser polpa de madeira moída, polpa mecânica, polpa tratada de maneira química ou térmica, polpa kraft, polpa de sulfeto ou polpa sintética ou qualquer outra polpa comum usada na indústria de papel. O papel pode ou não pode conter enchedores inorgânicos, tais como carbonato de cálcio ou argila e pode ou não pode conter enchedores orgânicos, agentes de engomadura e outros aditivos adicionados no final úmido da máquina de papel. O papel também pode conter aditivos de resistência, aditivos de retenção e outros aditivos de papel comum, tal como alume. Em algumas formas de realização, o material lignocelulósico é definido adicionalmente como cartão reciclado.
[0046] A divulgação é aplicável ao engomadura de um ou ambos os lados do papel ou cartão. Quando somente um lado está sendo tratado, todos os níveis acima com relação ao papel serão uma metade dos valores listados.
[0047] O papel final pode conter outros aditivos incluídos na formação do papel ou aplicados juntos com o tratamento de superfície da composição de engomadura ou separadamente do tratamento de superfície da composição de engomadura. Os aditivos aplicáveis são aqueles que são utilizados no papel. Estes incluem, mas não são limitados ao seguinte: enchedores inorgânicos e orgânicos, tais como argila ou pigmentos de esferas ocas; agentes de abrilhantamento ótico, que também são conhecidos como auxiliares de branqueamento fluorescentes; pigmentos; corantes; aditivos de resistência, tais como poliamidoaminas; agentes de engomadura, tais como breu, AKD, ASA e ceras; e sais inorgânicos.
[0048] Um método de colar papel também é aqui fornecido. O método pode incluir a etapa de combinar o corante e o amido para formar a mistura de corante. O método também inclui a etapa de combinar a mistura de corante, o agente de engomadura de SAE e o sal de alumínio para formar a composição de colagem por pressão. O método também inclui a etapa de aplicar a composição de colagem por pressão ao material lignocelulósico. O corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de engomadura de SAE são dispersados de modo substancialmente homogêneo dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
[0049] A etapa de aplicar a composição de colagem por pressão ao material lignocelulósico, tal como papel ou papelão não é limitada, contanto que uma aplicação uniforme controlada seja obtida. A aplicação pode ser feita ao papel formado em uma máquina de papel e depois apenas parcialmente secada, ou esta pode ser feita em uma máquina de papel ao papel seco ou a aplicação pode ser realizada em separado da máquina de papel para o papel que foi formado, secado e movido. Um processo típico é para o papel ser formado com uma máquina de papel e secado. A composição de colagem por pressão pode ser depois aplicada com uma prensa de tamanho de máquina de papel. Depois, o papel é novamente secado. O papel pode ser novamente modificado por calandragem. Os graus aplicáveis de papel são aqueles com pesos base de cerca de 50 a cerca de 350 g/m2 ou alternativamente de cerca de 70 a cerca de 250 g/m2.
[0050] Enquanto pelo menos uma forma de realização exemplar foi apresentada na descrição detalhada precedente da divulgação, deve ser apreciado que um vasto número de variações existe. Também deve ser apreciado que forma de realização exemplar ou formas de realização exemplares são apenas exemplos e não são intencionadas limitar o escopo, aplicabilidade, ou configuração da invenção de qualquer maneira. Ao invés disso, a descrição detalhada precedente proverá àquele habilitado na técnica com um guia conveniente para implementar uma forma de realização exemplar da invenção. Deve ser entendido que várias mudanças podem ser feitas na função e arranjo dos elementos descritos em uma forma de realização exemplar sem romper com o escopo da divulgação como apresentado nas reivindicações em anexo.
EXEMPLOS Exemplo 1 – Soluções de Engomadura Exemplares e Comparativas (Solução de SAE/PAE)
[0051] No Exemplo 1, 25 gramas de um agente aniônico de engomadura de SAE (imPress ST-730) e 25 gramas de cloreto de polialumínio (PAX 18, disponível da
Kemira Oyj) foram combinados e misturados sob agitação por 1 minuto rodando-se o recipiente manualmente para formar uma solução de engomadura exemplar.
[0052] Uma solução de engomadura comparativa foi formada combinando-se 0,9 gramas da solução de engomadura exemplar e 48 gramas de água deionizada com mistura para formar uma solução intermediária. Em seguida, a solução intermediária e 0,2 gramas de um corante aniônico (corante vermelho Levacell, disponível da Kemira Oyj) foram combinados com mistura sob agitação por 5 minutos utilizando um misturador de topo para formar a solução de engomadura comparativa.
[0053] Depois da formação das soluções de engomadura exemplares e comparativas, as soluções foram avaliadas utilizando a observação visual sem amplificação. Os resultados das observações visuais foram fornecidos na Tabela 1 abaixo e as imagens das soluções são providas na Figura 1 (exemplar) e Figura 2 (comparativa). Tabela 1 Amostra Observação visual Solução de engomadura exemplar Homogênea Solução de engomadura comparativa Significantemente coagulada
[0054] A solução de engomadura exemplar onde a SAE aniônico e PAC catiônico foram combinados é homogênea. Ao contrário, a solução de engomadura comparativa onde a SAE aniônica, PAC catiônico e o corante aniônico foram combinados é significantemente coagulada. Exemplo 2 – Composições de Prensa de Tamanho Exemplares e Comparativas
[0055] No Exemplo 2, 2,275 gramas de um agente aniônico de engomadura de SAE (imPress ST-730) e 2,275 gramas de cloreto de polialumínio (PAX 18, disponível da Kemira Oyj) foram combinados para formar uma solução de colagem.
[0056] Uma composição de colagem por pressão exemplar foi formada primeiramente combinando-se 193,97 gramas de uma solução de amido a 10 % (GPC D28F, um amido de milho oxidado disponível da Grain Processing Corporation) e 1,46 gramas de um corante aniônico (corante marrom Levacell, disponível da Kemira) e misturando para formar uma mistura de corante uniforme. Em seguida, a mistura de corante e a solução de colagem foram combinadas e misturadas sob agitação por 15 minutes utilizando um misturador de topo para formar a composição de colagem por pressão exemplar.
[0057] Uma composição comparativa de colagem por pressão foi formada combinando-se primeiro 4,55 gramas da solução de colagem e 193,97 gramas do amido e misturando para formar uma solução intermediária. Em seguida, a solução intermediária e 1,46 gramas do corante aniônico foram combinados e misturados sob agitação por 15 minutes utilizando um misturador de topo para formar a composição comparativa de colagem por pressão.
[0058] Depois da formação das composições de prensa de tamanho exemplares e comparativas, as composições foram avaliadas utilizando observação visual sob um microscópio configurado com uma lente ótica na ampliação de 10X e uma luz de fundo e sem um microscópio. Os resultados das observações visuais são providos na Tabela 2 abaixo e as imagens das composições são providas na Figura 3A (exemplar) e a Figura 4A (comparativa), sem amplificação e Figura 3B (exemplar) e Figura 4B (comparativa), com 10X de amplificação. Tabela 2 Amostra Observação visual Composição de colagem por pressão Homogênea exemplar Composição de colagem por pressão Significantemente coagulada comparativa
[0059] A composição de colagem por pressão exemplar onde o corante aniônico e o amido foram combinados antes da combinação com a solução de SAE/PAC é homogênea e forneceu uma composição de colagem por pressão superior para colar o papel. Ao contrário, a composição comparativa de colagem por pressão onde o corante aniônico não foi combinado com o amido antes da combinação com a solução de SAE/PAC foi significantemente coagulada e deste modo, não pode ser usada para colar papel. Exemplo 3 – Desempenho das Composições de Prensa de Tamanho usando o Teste de Cobb
[0060] O teste de Cobb mede o engomadura medindo-se a quantidade de água absorvida por uma amostra de papel em um tempo especificado conforme o papel é mantido entre um anel de metal e uma placa. Uma área de 100 cm2 de papel foi exposta a 100 ml de água com a água em uma altura de 1 cm. Antes do teste, o papel (aproximadamente 12,5 × 12,5 cm) foi cortado e pesado. Para os testes de Cobb, a água foi mantida no papel por 3 minutes. Depois de verter a água, o anel foi rapidamente removido e a amostra foi colocada com o lado úmido para cima em uma folha de papel absorvente. Uma segunda folha de papel absorvente foi colocada no topo da amostra e um rolo de mão de 10 kg é rolado nos papéis uma vez para frente e depois para trás. Deve-se tomar cuidado para não exercer força à jusante no rolo. A amostra de papel foi removida dos papéis absorventes e novamente pesada. Os resultados foram reportados como a quantidade de água em gramas absorvida por metro quadrado de papel. Uma descrição completa do teste e do equipamento de teste estão disponíveis da Gurley Precision Instruments.
[0061] Na Figura 5, o efeito da dosagem de PAC na eficácia usando um SAE aniônico (Chromaset 800) foi estudado para a solução de engomadura exemplar, em que o aumento da dosagem de PAC, aumentou a resistência à água como manifesto nos valores de Cobb melhorados. Os PACs de basicidade baixa e média (basicidade de 20,0 %: UP1692 e basicidade de 41,2 %: UP1040) foram utilizados com SAE aniônico (Chromaset 800) e produziram aproximadamente os mesmos valores de Cobb em condições de dosagem similares. Deste modo, a basicidade do PAC usado não desempenha um papel principal no aumento da eficácia da solução de engomadura exemplar como mostrado na Figura 6. Exemplo 4 – Estabilidade das Soluções de Engomadura (Solução de SAE/PAE)
[0062] As soluções de engomadura estáveis foram preparadas misturando-se um agente aniônico de engomadura de SAE (Chromaset 800) com um PAC de alta basicidade (Perform PB9007) em diferentes razões, como indicado na Tabela 3. A estabilidade foi avaliada monitorando-se o tamanho de partícula das misturas com o tempo.
Tabela 3 Quantidade Tamanho de Partícula, Horiba LA-300 Quantidade das partes Inicial 4 semanas Amostra das partes de SAE Média Mediana D90 Média Mediana D90 de PAC aniônico (a) (a) (a) (a) (a) (a) 4A 375 125 0,150 0,144 0,194 0,147 0,142 0,186 4B 250 250 0,150 0,143 0,193 0,146 0,144 0,184 4C 125 375 0,150 0,143 0,193 0,146 0,141 0,185
[0063] A SAE aniônica é uma emulsão aniônica de acrilato de estireno comercialmente disponível da Solenis International LP de Wilmington, Delaware sob o nome comercial de Chromaset 800.
[0064] O PAC é um cloreto de polialumínio de alta basicidade comercialmente disponível da Solenis International LP de Wilmington, Delaware sob o nome comercial de Perform PB9007.
[0065] As soluções de engomadura, 4A, 4B e 4C, incluindo várias razões em peso de SAE e PAC aniônicos, apresentam estabilidade com base no tamanho de partícula depois do armazenamento na temperatura ambiente por 4 semanas. Em particular, as soluções de engomadura, 4A, 4B e 4C, apresentam uma mudança mínima no tamanho de partícula depois do armazenamento na temperatura ambiente por 4 semanas. Exemplo 5 – Avaliação do Tamanho do Cartão Reciclado – Revestidor de Dixon
[0066] As amostras de papel para os exemplos abaixo foram preparadas usando uma prensa de tamanho de poça de laboratório ou uma revestidor de Dixon como uma prensa de tamanho de poça para aplicações de velocidade mais alta. Os procedimentos gerais são aqui descritos. Os detalhes específicos são listados com cada exemplo. Para os experimentos de prensa de tamanho de bancada e revestidor de Dixon, os papéis de base foram preparados anteriormente em uma máquina de papel comercial ou piloto. Os papéis foram feitos sem qualquer tratamento de prensa de tamanho, isto é, nenhum amido, agente de engomadura, ou outros aditivos foram aplicados à superfície do papel formado. A polpa usada para fabricar os papéis foi preparada a partir de correntes de papel reciclado. O peso base e as características das folhas variaram dependendo da fonte.
[0067] As formulações de prensa de tamanho foram preparadas cozinhando o amido por 45 minutos a 95º C, resfriando, mantendo o amido na temperatura de tratamento alvo, tipicamente de 60 a 70º C. Outras adições e qualquer ajuste de pH foram feitas e depois a solução de amido foi usada para tratar o papel. Para cada papel base usado, a quantidade de solução aderida através dos rolos foi determinada e os níveis de aditivo foram ajustados correspondentemente para fornecer uma escolha do alvo.
[0068] A prensa de tamanho de poça de bancada incluiu rolos comprimidos de configuração horizontal de dez polegadas (25,4 cm), uma borracha revestida e um metal, através do qual o papel foi alimentado. Uma poça do tratamento de prensa de tamanho foi mantida pelos rolos e é contida no topo dos rolos. Os rolos foram mantidos juntos com 14 libras de pressão de ar. O papel passou através da poça conforme foi empurrado pelos rolos e através dos rolos, para fornecer um nível controlado e uniforme de tratamento. O papel foi deixado em repouso por 30 segundos e depois operado na prensa de tamanho uma segunda vez. Depois da segunda passagem pela prensa de tamanho, o papel foi capturado abaixo dos dois rolos e imediatamente secado em um secador de tambor ajustado a 210° F (98,88º C). O papel foi secado em um nível de umidade em cerca de 3 a 5 %. Depois da secagem, cada amostra foi condicionada por maturação na temperatura ambiente.
[0069] O revestidor de Dixon tem uma prensa de tamanho de poça, através da qual a folha de base pode ser alimentada em velocidades de até 396 m/min (1300 pés/min). A prensa de tamanho de poça consiste de um conjunto horizontal de 22 cm de rolos de borracha, prensados juntos a 345 kPa (50 psi). A folha foi secada até um teor de umidade de 5 a 7 %, usando uma secadora IR a 160º C
[0070] As soluções de engomadura comparativas (comp.) e as soluções de engomadura exemplares (ex.) do Exemplo 4 foram adicionadas a uma solução de amido (amido oxidado GPC D28F, 8,46 % de sólidos a 60º C) para formar as composições de prensa de tamanho e aplicadas à superfície do meio reciclado (55 #/T captação de amido, 2,75 % em peso com base no papelão seco) sando um revestidor de Dixon como uma prensa de tamanho piloto, sem nenhum outro aditivo. O desempenho de engomadura da prensa das composições de tamanho foram avaliadas usando o Teste de Cobb e HST. Em particular, o Test de Cobb foi operado por 2 minutos e por 30 minutos. O HST foi realizado usando Tinta FA #2 e refletância de 80 %. Os resultados das avaliações de engomadura conduzidos no papelão tratado em superfície são listados na Tabela 4 e mostram que as misturas de SAE/PAC fornecem resistência aos penetrantes aquosos superiores aos agentes aniônicos padrão de colagem superficial. Tabela 4 Dosagem da Quantidade Teste de Teste de Quantidade Composição de partes Cobb Cobb HST Amostra Tipo de partes de colagem SAE (2 min.) (30 min.) (s) PAC por pressão aniônicas (g/m2) (g/m2) (kg/T (lbs/T)) 5A Comp. 0 0 0 (0) 131 201 2 5B Comp. 500 0 1 (2) 105 125 15 5C Comp. 500 0 2 (4) 88 116 37 5D Comp. 500 0 4 (8) 43 105 84 5E Ex. 375 125 1 (2) 51 105,5 22 5F Ex. 375 125 2 (4) 32 108 44 5G Ex. 375 125 4 (8) 27 91 86 5H Ex. 250 250 1 (2) 44 119 26 5I Ex. 250 250 2 (4) 33 91 52 5J Ex. 250 250 4 (8) 27 85 91 5K Ex. 125 375 1 (2) 36 99 31 5L Ex. 125 375 2 (4) 31 98,5 56 5M Ex. 125 375 4 (8) 29 85,5 81
[0071] A SAE aniônica é uma emulsão aniônica de acrilato de estireno comercialmente disponível da Solenis International LP de Wilmington, Delaware sob o nome comercial de Chromaset 800.
[0072] O PAC é um cloreto de polialumínio de alta basicidade comercialmente disponível da Solenis International LP de Wilmington, Delaware sob o nome comercial de Perform PB9007.
[0073] Os papelões reciclados exemplares, 5E-5M, incluindo várias razões em peso de SAE e PAC aniônicos e em várias quantidades de dosagem, apresentam desempenho de engomadura melhorados de acordo com o Teste de Cobb e HST se comparado aos papelões reciclados comparativos, 5A-5D.
Claims (10)
1. Composição de colagem por pressão para melhorar propriedades de material lignocelulósico, caracterizada pelo fato de que a composição de colagem por pressão compreende um sal de alumínio e um agente de colagem de emulsão aniônica de acrilato de estireno, em que o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão aniônica de acrilato de estireno são de modo substancialmente homogêneo dispersos dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
2. Composição de colagem por pressão de acordo com a reivindicação 1 caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um amido, em que o amido, o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão aniônica de acrilato de estireno são de modo substancialmente homogêneo dispersos dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
3. Composição de colagem por pressão de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreendendo adicionalmente um corante, em que o corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão aniônica de acrilato de estireno são de modo substancialmente homogêneo dispersos dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
4. Composição de colagem por pressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno é formado a partir de uma mistura de reação compreendendo estireno e acrilato de butila.
5. Composição de colagem por pressão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sal de alumínio compreende cloreto de polialumínio.
6. Composição de colagem por pressão para melhorar as propriedades de material lignocelulósico caracterizada pelo fato de ser formada por um processo compreendendo: combinar um corante e um amido para formar uma mistura de corante;
e combinar a mistura de corante, um agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno e um sal de alumínio para formar a composição de colagem por pressão; em que o corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno são de modo substancialmente homogêneo dispersos dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
7. Composição de colagem por pressão de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que: o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno é aniônico; o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno é formado a partir de uma mistura de reação compreendendo estireno e acrilato de butila; o corante é aniônico; e o sal de alumínio compreende cloreto de polialumínio.
8. Composição de colagem por pressão de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a etapa de combinar a mistura de corante, o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno e o sal de alumínio para formar a composição de colagem por pressão compreende: combinar o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno para formar uma solução de colagem; e combinar a mistura de corante e a solução de colagem para formar a composição de colagem por pressão.
9. Método de colar papel, o método caracterizado pelo fato de que compreende: combinar um corante e um amido para formar uma mistura de corante; combinar a mistura de corante, um agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno e um sal de alumínio para formar uma composição de colagem por pressão; e aplicar a composição de colagem por pressão a um material lignocelulósico; em que o corante, o amido, o sal de alumínio e o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno são de modo substancialmente homogêneo dispersos dentro da composição de colagem por pressão com base na observação visual utilizando um microscópio na ampliação de 10X.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que: o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno é aniônico; o agente de colagem de emulsão de acrilato de estireno é formado a partir de uma mistura de reação compreendendo estireno e acrilato de butila; o corante é aniônico; e o sal de alumínio compreende cloreto de polialumínio.
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