BRPI0620681A2

BRPI0620681A2 - método para diminuir a taxa de fotoamarelecimento em papel que contém polpa mecánica

Info

Publication number: BRPI0620681A2
Application number: BRPI0620681-6A
Authority: BR
Inventors: Sergey M Shevchenko; Prasad Y Duggirala
Original assignee: Nalco Co
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2011-11-22
Also published as: NZ568838A; TW200728556A; RU2008123226A; WO2007070654A2; KR20080083152A; WO2007070654A3; JP2009520124A; AU2006326399A1; AU2006326399B2; US8092649B2; CN101326327B; EP1960599A2; KR101044354B1; RU2403332C2; CA2633507A1; AR058351A1; CA2633507C; CN101326327A; US20070131373A1; NO20082512L

Abstract

MéTODO PARA DIMINUIR A TAXA DE FOTOAMARELECIMENTO EM PAPEL QUE CONTéM POLPA MECáNICA. Trata-se de um método para diminuir a taxa de fotoamarelecimento em papel que contém polpa mecânica, o qual compreende: a aplicaçào de uma solução aquosa que contém uma quantidade eficaz de um ou mais sais de ácido tiociânico na superfície de uma folha de papel em um processo de fabricação de papel.

Description

MÉTODO PARA DIMINUIR A TAXA DE FOTOAMARELECIMENTO EM PAPEL QUE CONTÉM POLPA MECÂNICA

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta descrição refere-se a métodos de diminuição da taxa de fotoamarelecimento do papel produzido a partir de polpa mecânica.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

As polpas mecânicas podem ser utilizadas em aparelhamentos para a manufatura de formulários comerciais, papéis para escrever, e papéis de publicação de alta qualidade para livros, os quais são todos papéis que requerem usos que durem a vida inteira e que não amarele com a idade.

As polpas mecânicas incluem madeira triturada (MT), polpa mecânica de refinador (RMP), polpa termomecânica (PTM), polpa quimiotermomecânica (PQTM), polpa quimiomecânica (PQM), variações destas (por exemplo, MT de pedra, MT pressurizada, termo-RMP, RMP de pressão, PTM de pressão, químio-RMP, PQM de fibras longas, quimio-polpa termomecânica); polpa reciclada; e composições que contêm polpas mecânicas, químicas e recicladas.

No entanto, é sabido que os papéis feitos com polpas mecânicas ficam amarelados durante o uso. Esse amarelecimento restringe o seu uso às aplicações que requerem somente uma vida útil curta para o papel. Se o tempo transcorrido antes de começar o amarelecimento desses papéis pudesse ser aumentado, o mercado potencial para PTM e PQTM alvejados seria expandido de maneira significativa, por exemplo, mais PTM e PQTM alvejados poderiam ser incluídos em aparelhamentos mistos (por exemplo, kraft-mecânico ou sulfite-mecânico) utilizados para manufaturar papéis de alto brilho. A troca de quantidades significativas de polpas químicas mais caras totalmente alvejadas de baixo rendimento por polpas mecânicas de alto rendimento menos caras promete benefícios econômicos significativos.

O fotoamarelecimento ocorre principalmente no papel acabado. Acredita-se que o fotoamarelecimento resulte principalmente das reações fotoquímicas de radicais da lignina residual na polpa. Portanto, as polpas de elevado teor de lignina e os produtos que contêm tais polpas são mais suscetíveis à perda do brilho do que as polpas de baixo teor de lignina mais caras. Os radicais fenoxila, hidroxila, alcoxila e peroxila são os prováveis intermediários no processo. Conseqüentemente, removedores de radicais e doadores de hidrogênio/antioxidantes conferem uma proteção contra o fotoamarelecimento. A fotoexcitação de grupos □-carbonila freqüentemente acarreta uma cadeia de reações de radicais, e a modificação química de tais grupos, bem como a absorção de energia luminosa por filtros/absorvedores (UV) ópticos afetam a descoloração de uma maneira significativa. As classes conhecidas dos produtos químicos que conferem proteção limitada contra o fotoamarelecimento de polpas mecânicas incluem tióis, radicais nitróxido estáveis, hidroxilaminas estericamente impedidas, fosfitos, dienos, aldeídos alifáticos, e filtros UV. Geralmente, as quantidades de produtos químicos requeridas para a proteção adequada não são economicamente praticáveis e esses compostos contêm geralmente outros traços indesejáveis, tais como uma toxicidade elevada e odores desagradáveis. Existe uma necessidade, portanto, quanto a um método para diminuir a taxa de fotoamarelecimento que seja atóxico e econômico.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

A presente invenção apresenta um método para diminuir a taxa de fotoamarelecimento em papel que contém polpa mecânica, o qual compreende: a aplicação de uma solução aquosa que contém uma quantidade eficaz de um ou mais sais de ácido tiociânico em uma folha de papel em um processo de fabricação de papel.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

"Processo de fabricação de papel" significa um método de fabricação de produtos de papel a partir da polpa, o qual compreende a formação de aparelhamento de fabricação de papel celulósico aquoso, a drenagem do aparelhamento para formar uma folha, e a secagem da folha. As etapas de formação do aparelhamento de fabricação de papel, drenagem e secagem podem ser executadas de qualquer maneira convencional geralmente conhecida por um técnico no assunto.

Uma "folha de papel úmida" refere-se a uma folha de papel que não foi exposta a um secador de cilindro em um processo de fabricação de papel.

Uma "folha de papel seca" refere-se a uma folha de papel que foi exposta a um secador de cilindro em um processo de fabricação de papel.

"e.s." significa excessivamente seca.

"EDTA" significa ácido etilenodiamina tetraacético.

"DTPA" significa ácido dietilenotriamina pentaacético.

"DTMPA" significa ácido dietilenotriamina pentaquis(metilfosfônico).

Conforme mencionado acima, a presente invenção apresenta a aplicação de uma solução aquosa que contém uma quantidade eficaz de um ou mais sais de ácido tiociânico na superfície de uma folha de papel em um processo de fabricação de papel. Em uma realização da invenção, a quantidade eficaz de sais é de 0,01 a 5 % em peso da polpa e.s. com base em 40% de sólidos ativos; de preferência, de 0,05 a 1,0 % em peso da polpa e.s. com base em 40% de sólidos ativos.

Em uma outra reali zaçao, a faixa do pH da solução aquosa pode ser de 3 a 9; de preferência de 6 a 7.

Em uma outra realização, os sais de ácido tiociânico são selecionados do grupo que consiste em: tiocianatos inorgânicos; tiocianato de sódio; tiocianato de potássio; tiocianato de amônio; e tiocianato de cálcio.

Em uma outra realização, o cátion dos ditos sais é selecionado do grupo que consiste em: cátions orgânicos; e cátions inorgânicos.

Em uma outra realização, uma quantidade eficaz de um ou mais produtos químicos, que são selecionados do grupo que consiste em: quelantes; clareadores ópticos; tinturas fluorescentes; absorvedores UV; e uma combinação destes, pode ser adicionada separadamente ou como uma mistura com uma solução aquosa que contém uma quantidade eficaz de um ou mais sais de ácido tiociânico. Em uma realização adicional, uma quantidade eficaz de produtos químicos é de 0,01 a 5 % em peso da polpa e.s. com base em 4 0% de sólidos ativos; de preferência, de 0,05 a 1,0 % em peso da polpa e.s. com base em 4 0% de sólidos ativos.

Em uma outra realização, os absorvedores UV são selecionados do grupo que consiste em: benzotriazóis ; benzofenonas; óxidos inorgânicos; particulados orgânicos; e particulados de látex. A um técnico no assunto, o termo absorvedores UV é sinônimo do termo filtros UV.

Em uma outra realização, os quelantes são selecionados do grupo que consiste em: EDTA; DTPA; e DTMPA.

Em uma outra realização, os clareadores ópticos são selecionados do grupo que consiste em: ácidos di, tetra e hexasulfônicos estilbeno substituídos; ácidos triazinilamino estilbeno; diciano-1,4-bis-estirilbenzenos, bisbenzoxazóis, bis(triazinilamino)estilbenos; compostos poliaromáticos (polinucleares) fundidos sulfonados; e diestilbenos.

Em uma outra realização, uma solução aquosa que contém uma quantidade eficaz de um ou mais sais de ácido tiociânico é misturada com um quelante a uma razão de 1:100 a 100:1 com base nos sólidos ativos.

Em uma outra realização, na solução aquosa que contém uma quantidade eficaz de um ou mais sais de ácido tiociânico é misturada com um absorvedor UV a uma razão de 1:100 a 100:1 com base nos sólidos ativos.

Em uma outra realização, a solução aquosa é de aproximadamente 10% a aproximadamente 60% de solução aquosa de um material ativo que compreende tiocianato de sódio ou tiocianato de amônio ou uma mistura do dito tiocianato de sódio ou do dito tiocianato de amônio com um quelante selecionado do grupo que consiste em: DTPA; EDTA; e DTMPA a uma razão de aproximadamente 1:100 a aproximadamente 100:1.

A solução aquosa pode ser aplicada a uma folha de papel úmida ou a uma folha de papel seca ao empregar qualquer técnica conhecida no estado da técnica de fabricação de papel. Por exemplo, a aplicação de uma solução aquosa a uma folha de papel úmida pode ser aplicada através de um bocal de aspersão que fica próximo a uma área desejada da folha de papel úmida.

Em uma outra realização, a solução aquosa é aplicada a uma folha de papel ao aplicar a dita solução aquosa à superfície de uma folha parcialmente desidratada em um processo de fabricação de papel antes de atingir um primeiro secador de cilindro. Em ainda uma outra realização, a solução aquosa é aplicada a uma folha de papel ao aplicar a dita solução aquosa na seção de prensagem do dito processo de fabricação de papel ou depois dela.

Em uma outra realização, a solução aquosa é aplicada a uma folha de papel ao aplicar a dita solução aquosa a uma solução de cola em um estágio de colagem de superfície de um processo de fabricação de papel.

A presente invenção será descrita ainda mais nos seguintes exemplos e tabelas. Os exemplos não se prestam a limitar a invenção prescrita pelas reivindicações anexas.

EXEMPLOS

A. Aplicação de Folha de Papel Seca/Estágio de Colagem de Superfície

Duas metodologias foram utilizadas para ilustrar a aplicação dos produtos químicos no estágio de colagem de superfície do processo de fabricação de papel. Uma metodologia envolveu a fixação de uma folha de papel seca de amostra em uma superfície de vidro com a fita isolante transparente, a colocação da solução de teste sobre a fita isolante transparente de cima como uma cobertura, e então o seu deslocamento para baixo com uma haste de aplicação. A outra metodologia envolveu a preparação de uma solução de cola modelo quente (60°C), normalmente com amido e opcionalmente outros ingredientes de cola. A folha de papel seca de amostra é embebida nessa solução por dez segundos e então passada através de uma prensa para remover um excesso da solução.

Depois da aplicação do(s) produto(s) químico(s) por uma das metodologias acima mencionadas, as folhas de teste foram secadas em uma secadora de cilindro (1 ciclo, 100°C) e equilibradas a uma umidade constante de 50% e a 23°C. O brilho foi medido e as folhas foram expostas então à luz "branca fria" em um carrossel rotativo à temperatura ambiente. Um instrumento LZC-I Photoreactor (LuzChem Research, St. Sauveur, QC, Canadá) foi utilizado nas experiências. As amostras foram equilibradas outra vez e o brilho foi medido (brilho R457, amarelecimento E313, instrumento Elrepho-3000, Datacolor International, Charlotte, NC).

As doses nas seguintes tabelas foram calculadas com base na % em peso da polpa e.s. e um produto que contém 40% de tiocianatos ativos. Para a interpretação dessas tabelas, a seguinte legenda deve ser utilizada: BrO - brilho inicial, AmO - amarelecimento inicial, Brl - brilho após a exposição, Aml - amarelecimento após a exposição, perda de brilho BrLoss=BrO-Brl, inibição %Inh=100*[BrLoss(controle)- BrLoss(amostra)]/BrLoss(controle).

As experiências feitas utilizando a primeira metodologia são ilustradas nas tabelas 1 a 4 e os experimentos realizados ao utilizar a segunda metodologia são ilustrados nas tabelas 5 a 9.

Um produto comercial na indústria ("produto de marca de referência") para diminuir o fotoamarelecimento, uma mistura sinergística de "Benzotriazol" (2-(2H-benzotriazol-2- il)-4,6-di-tert-pentilfenol, um absorvedor UV) e "4- HidroxiTEMPO" (4-hidroxi-2,2,6,6-tetrametil piperidina oxila, um radical livre), foram comparados com a aplicação das soluções aquosas que contêm sais de ácido tiociânico.

Tabela 1. RMP alvejado com peróxido (Midwest)

<table>table see original document page 8</column></row><table>

A Tabela 1 mostra que, à mesma dose, o uso de tiocianato de sódio tem um bom desempenho, bem como um produto da marca de referência. Além disso, esse tiocianato confere um brilho inicial melhor e o brilho das amostras depois que a exposição é maior do que aquele do produto da marca de referência, até mesmo a uma dose mais baixa.

Tabela 2. RMP alvejado com peróxido (Midwest)

<table>table see original document page 8</column></row><table>

A Tabela 2 mostra que o efeito dos tiocianatos não é significativamente dependente do cátion.

Tabela 3. PTM alvejado com peróxido (Europa Norte) <table>table see original document page 9</column></row><table>

* 40%, neutralizado até pH 6.

A Tabela 3 mostra que o efeito dos tiocianatos pode ser melhorado quando o produto químico é combinado com um quelante (por exemplo, DTMPA) em uma única formulação. 0 uso de cátions orgânicos não diminui as propriedades protetoras, mas, em alguns casos (nem sempre), pode resultar no brilho inicial diminuído (isto pode ser compensado por outros meios).

Tabela 4. PTM alvejado com peróxido (Midwest)

<table>table see original document page 9</column></row><table>

A Tabela 4 mostra que no caso da exposição à luz relativamente de baixo nível, o efeito de preservação do brilho pode ser muito significativo, excedendo as químicas atuais utilizadas na indústria.

Tabela 5. Aplicação de encharcamento em 6% de amido, PTM alvejado com peróxido (Central Canada)

<table>table see original document page 9</column></row><table> di-n-butila 0,2%

A Tabela 5 mostra que o tiocianato de amônio é mais eficiente do que o tiocianato de sódio neste exemplo. Quando o tiocianato de amônio é utilizado, o brilho inicial e a proteção contra fotoamarelecimento são mais elevados. Para fins de comparação, os dados são apresentados para um protetor do tipo absorvedor UV conhecido.

Tabela 6. Aplicação de encharcamento em 6% de amido, PTM alvejado com peróxido (Central Canada)

<table>table see original document page 10</column></row><table>

A Tabela 6 mostra que a química proposta também é eficaz na presença de um clareador óptico. 0 clareador óptico nesta tabela é um agente branqueador fluorescente de estilbeno, Tinopal ABP-A (Ciba Specialty, Tarrytown, NY).

Tabela 7. Aplicação de encharcamento em 6% de amido, PTM alvejado com peróxido (Central Canada); fotoamarelecimento

<table>table see original document page 10</column></row><table>

* 40%, neutralizado a um pH 6.

A Tabela 7 mostra um exemplo da combinação de tiocianato de amônio com quelantes diferentes.

Tabela 8. Aplicação de encharcamento em 6% de amido, RMP alvejado com peróxido (Midwest) e composições de RMP (Midwest) e kraft de madeira mole alvejada

<table>table see original document page 10</column></row><table> <table>table see original document page 11</column></row><table>

A Tabela 8 mostra que o tiocianato aumenta a estabilidade em relação ao fotoamarelecimento de composições de kraft-mecânicas, permitindo desse modo que as composições menos caras que contem mais polpa mecanica retenham as propriedades das composições de teor mais elevado de kraft mais caras.

Tabela 9. Aplicação de encharcamento em 3% de amido, PTM alvejado com peróxido (Midwest)

<table>table see original document page 11</column></row><table>

A Tabela 9 mostra que a combinação de tiocianatos com absorvedores UV (luz) conduz a um aumento significativo na proteção do brilho contra o fotoamarelecimento.

B. Aplicação de Folha Úmida

Uma metodologia (aplicação de folha final úmida) foi utilizada para ilustrar a aplicação dos produtos químicos em uma folha úmida de um processo de fabricação de papel. Essa metodologia envolveu a fixação de uma folha úmida após a formação, comprimida (consistência de 30-40%), mas não exposta ainda à secadora de cilindro, em uma superfície de vidro com fita isolante transparente, a colocação da solução de teste na fita isolante transparente de cima como uma cobertura, e então o seu deslocamento para baixo com uma haste de aplicação.

Depois da aplicação do(s) produto(s) químico(s) por essa metodologia, as folhas de teste foram secadas em uma secadora de cilindro (1 ciclo, 100°C) e equilibradas à umidade constante de 50% e a 23°C. 0 brilho foi medido e as folhas foram expostas então à luz "branca fria" em um carrossel rotativo à temperatura ambiente. Um instrumento LZC-I Photoreactor (LuzChem Research, St. Sauveur, QC, Canadá) foi utilizado nas experiências. As amostras foram equilibradas novamente vez e o brilho foi medido (brilho R457, amarelecimento E313, instrumento Elrepho-3000, Datacolor International, Charlotte, NC).

As doses nas seguintes tabelas são calculadas com base na polpa e.s. e um produto que contém 40% de tiocianatos ativos. Para a interpretação dessas tabelas, a seguinte legenda deve ser utilizada: BrO - brilho inicial, AmO amarelecimento inicial, Brl - brilho após a exposição, Aml - amarelecimento após a exposição, perda de brilho BrLoss=BrO- Brl,inibição%Inh=100*[BrLoss(controle)- BrLoss(amostra)]/BrLoss(controle).

As experiências feitas utilizando esta metodologia são ilustradas nas Tabelas 10 e 11. As Tabelas 10 e 11 mostram exemplos de dois tiocianatos aplicados em uma folha úmida antes de uma secagem. Em ambos os casos, a proteção do brilho é observada. Tabela 10. PTM alvejado com peróxido (Central Canada)

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Tabela 11. PTM alvejado com peróxido (Central Canada)

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Claims

1. MÉTODO PARA DIMINUIR A TAXA DE FOTOAMARELECIMENTO EM PAPEL QUE CONTÉM POLPA MECÂNICA, caracterizado pelo fato de compreender: a aplicação de uma solução aquosa que contém uma quantidade eficaz de um ou mais sais de ácido tiociânico na superfície de uma folha de papel em um processo de fabricação de papel.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita quantidade eficaz de sais é de 0,01 a 5 % em peso da polpa e.s. com base em 40% de sólidos ativos; de preferência de 0,05 a 1,0 % em peso da polpa e.s. com base em 40% de sólidos ativos.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a faixa do pH da dita solução é de 3 a 9; de preferência de 6 a 7.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cátion dos ditos sais é selecionado do grupo que consiste em: cátions orgânicos; e cátions inorgânicos.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita solução aquosa é aplicada a uma folha de papel ao aplicar a dita solução aquosa a uma solução de cola em um estágio de colagem de superfície do dito processo de fabricação de papel.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita solução aquosa é aplicada a uma folha de papel ao aplicar a dita solução aquosa na seção de prensagem do dito processo de fabricação de papel ou depois dela.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita solução aquosa é aplicada a uma folha de papel ao aplicar a dita solução aquosa que é adicionada à superfície de uma folha parcialmente desidratada em um processo de fabricação de papel antes de atingir um primeiro secador de cilindro.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos sais são selecionados do grupo que consiste em: tiocianatos inorgânicos; tiocianato de sódio; tiocianato de potássio; tiocianato de amônio; e tiocianato de cálcio.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente a adição, tanto separadamente quanto como uma mistura com a dita solução aquosa, de uma quantidade eficaz de produtos químicos selecionados do grupo que consiste em: quelantes; clareadores ópticos; tinturas fluorescentes; absorvedores UV; e uma combinação destes.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a dita quantidade eficaz de produtos químicos é de 0,01 a 5 % em peso da polpa e.s. com base em 40% de sólidos ativos; de preferência de 0,05 a 1,0 % em peso da polpa e.s. com base em 40% de sólidos ativos.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os ditos absorvedores UV são selecionados do grupo que consiste em: benzotriazóis; benzofenonas; óxidos inorgânicos; particulados orgânicos; e particulados de látex.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os ditos quelantes são selecionados do grupo que consiste em: EDTA; DTPA; e DTMPA.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os ditos clareadores óticos são selecionados do grupo que consiste em: ácidos di, tetra e hexasulfônicos estilbeno substituídos; ácidos de triazinilaminoestilbeno; diciano-1,4-bis-estirilbenzenos, bisbenzoxazóis, bis(triazinilamino)estilbenos; compostos poliaromáticos (polinucleares) fundidos sulfonados; e diestilbenos.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a dita solução aquosa é misturada com o dito quelante a uma razão de 1:100 a 100:1 com base nos sólidos ativos.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a dita solução aquosa é misturada com os ditos absorvedores UV a uma razão de 1:100 a 100:1 com base nos sólidos ativos.

16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita solução aquosa é de aproximadamente 10% a aproximadamente 60% de solução de um material ativo que compreende tiocianato de sódio ou tiocianato de amônio ou uma mistura do dito tiocianato de sódio ou do dito tiocianato de amônio com um quelante selecionado do grupo que consiste em: DTPA; EDTA; e DTMPA, a uma razão de aproximadamente 1:100 a aproximadamente 100:1.

17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita solução aquosa é aplicada a uma folha de papel úmida ou a uma folha de papel seca.