BRPI0712653A2 - process for the manufacture of paper, paper, and use of a cationic amylopectin starch - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA FABRICAÇçO DE PAPEL, PEPEL, E, USO DE UM AMIDO CATIâNICO DE AMILOPECTINA. A invenção refere-se ao campo de fabricação de papel. Mais em particular, a invenção refere-se a um método de redução do fenômeno de arrancamento de vasos na fabricação de papel. De acordo com a invenção foi surpreendentemente verificado que o problema de arrancamento de vasos pode ser significativamente reduzido pelo uso de um amido catiônico de amilopectina na polpa de papel, i.e. na extremdiade úmida.PROCESS FOR MANUFACTURING PAPER, PEPEL, AND USE OF A CAHYLANIC AMYLOPECTIN STARCH. The invention relates to the field of papermaking. More particularly, the invention relates to a method of reducing the pullout phenomenon of papermaking. According to the invention it has been surprisingly found that the problem of vessel tearing can be significantly reduced by the use of a cationic amylopectin starch in the paper pulp, i.e. at the wet end.
Description
"PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE PAPEL, PAPEL, E, USO DE UM AMIDO CATIÔNICO DE AMILOPECTINA""PROCESS FOR MANUFACTURING PAPER, PAPER, AND USE OF A CAYTONIC AMYLOPECTIN STARK"
A invenção refere-se ao campo de fabricação de papel. Mais em particular, a invenção refere-se a melhorias na fabricação de papel proveniente de polpas de madeira dura, como eucaliptos.The invention relates to the field of papermaking. More particularly, the invention relates to improvements in papermaking from hardwood pulps such as eucalyptus.
Nos últimos anos, polpas de eucalipto se tornaram proeminentes na fabricação de papel em virtude de suas taxas rápidas de crescimento e de seus benefícios quanto a uniformidade e capacidade de impressão da folha. Isto se estende não só a tipos de papel de escrita ou impressão, mas também a um papelão de revestimento de topo branco. Eucalyptus, como E. grandis e E. globulus, são geralmente associados à Península Ibérica e América Latina. Em outras regiões do mundo, há razões logísticas bem fundadas para uso de espécies nativas como amieiro, acácia, bétula e carvalho.In recent years, eucalyptus pulps have become prominent in papermaking because of their rapid growth rates and their benefits in sheet uniformity and printability. This extends not only to types of writing or printing paper, but also to a white topcoat. Eucalyptus, such as E. grandis and E. globulus, are generally associated with the Iberian Peninsula and Latin America. Elsewhere in the world, there are well-founded logistical reasons for using native species such as alder, acacia, birch and oak.
Todas as madeiras duras possuem algumas características estruturais comuns nas madeiras, mais notavelmente os vasos, que se ramificam através do tronco e agem como tubulações de água, distribuindo água proveniente das raízes para outras partes da árvore. Vasos são normalmente muito mais largos que as fibras, sendo este fato responsável por muitos dos problemas causados pelos vasos na fabricação de papel. A inclusão de vasos de madeira dura na massa de papel tem causado alguns problemas sérios de qualidade de impressão em muitas polpas de madeira dura, especialmente eucaliptos.All hardwoods have some common structural features in the wood, most notably the pots, which branch through the trunk and act as water pipes, distributing water from the roots to other parts of the tree. Vessels are usually much larger than fibers, which is responsible for many of the problems caused by papermaking vessels. The inclusion of hardwood pots in the paper mass has caused some serious print quality problems in many hardwood pulps, especially eucalyptus.
Quando estas polpas foram primeiramente introduzidas no mercado, papéis não revestidos que as usaram na massa sofreram de arrancamento de vasos da superfície da folha. O arrancamento não só danificava a superfície do papel, como acumulava nas blanquetas da impressora, exigindo interrupção para lavagens no meio de uma operação e perda de tempo para a impressora. Havia também perigo dos vasos causarem descolamentos nos tipos revestidos por enfraquecimento local da adesão do revestimento à superfície do papel.When these pulps were first introduced to the market, uncoated papers that used them in the mass suffered from peeling vessels from the sheet surface. Tearing not only damaged the surface of the paper, but accumulated on the printer's blankets, requiring interruption of washes in the middle of an operation and waste of time for the printer. There was also a danger of the vessels causing detachment in the coated types by local weakening of the coating adhesion to the paper surface.
Ao longo do tempo, fabricantes de papel fizeram várias tentativas para conter o problema, freqüentemente com encolamento melhorado da superfície, e as exigências das impressoras para arrancamento de vasos puderam algumas vezes ser reduzidas a níveis toleráveis. Entretanto, o encolamento melhorado da superfície parcialmente tirava a vantagem de custo das polpas de madeira dura.Over time, papermakers have made several attempts to contain the problem, often with improved surface shrinkage, and the demands of vessel pullout printers could sometimes be reduced to tolerable levels. However, improved surface sizing partially offset the cost advantage of hardwood pulps.
Além disso, nos últimos quatro ou cinco anos o problema reapareceu e numa forma piorada já que as velocidades de impressoras offset aumentaram com a nova geração de impressoras que imprimem em cinco ou seis cores. Fora o arrancamento de vasos, a incidência de rejeição de tinta em papéis não revestidos veio à tona. Rejeição de tinta é manifestada como manchas brancas onde o vaso ainda está claramente presente , quando o papel impresso é examinado em microscópio. Arrancamento implica em adesão deficiente dos vasos às outras fibras e finos, mas rejeição de tinta em uma impressora litográfica offset implica em baixa energia de superfície (umedecimento deficiente) e/ou uma variação local na compressibilidade que reduz a transferência de tinta. De acordo com a invenção foi surpreendentemente verificado que o problema de arrancamento de vasos pode ser significativamente reduzido pelo uso de um amido específico na polpa de papel, isto é na extremidade úmida. Em resultado disso as adaptações de encolamento de superfície, mais caras e elaboradas, anteriormente necessárias, ficaram obsoletas. Em certas circunstâncias, o encolamento de superfície pode ser completamente omitido ou pode ser substituído por uma operação de pré- revestimento.In addition, in the last four or five years the problem has reappeared and in a worse form as offset printer speeds have increased with the new generation of five- or six-color printers. Apart from the tearing of vessels, the incidence of ink rejection on uncoated papers has surfaced. Ink rejection is manifested as white spots where the vessel is still clearly present when printed paper is examined under a microscope. Tearing implies poor vessel adhesion to other fibers and fines, but ink rejection on an offset lithographic printer implies low surface energy (poor wetting) and / or a local variation in compressibility that reduces ink transfer. According to the invention it has been surprisingly found that the problem of tearing vessels can be significantly reduced by the use of a specific starch in the paper pulp, i.e. at the wet end. As a result, the more expensive and elaborate surface sizing adaptations previously required became obsolete. Under certain circumstances, the surface sizing may be completely omitted or may be replaced by a pre-coating operation.
Assim, uma conseqüência da invenção é que quantidades maiores de madeira dura, como eucalipto, podem ser usadas na polpa sem encontrar quaisquer problemas de resistência ou de arrancamento de vasos, o que pode reduzir consideravelmente o custo do papel produzido sem afetar a qualidade.Thus, a consequence of the invention is that larger amounts of hardwood, such as eucalyptus, can be used in the pulp without encountering any resistance or pullout problems, which can considerably reduce the cost of paper produced without affecting quality.
Estas e outras vantagens da invenção são obtidas, como mencionado usando um amido específico na extremidade úmida. O amido específico usado de acordo com a invenção é um amido catiônico de amilopectina.These and other advantages of the invention are obtained as mentioned using a specific wet end starch. The specific starch used according to the invention is a cationic amylopectin starch.
O uso de amido catiônico na fabricação de papel foi descrito anteriormente.The use of cationic starch in papermaking has been described previously.
Por exemplo, a patente US 2 935 436 divulga que várias vantagens são associadas com o uso de amido catiônico em vez de amido não catiônico. Exemplos destas vantagens são retenção aumentada de amido, cargas e pigmentos, maior resistência do papel (resistência de arrebentamento ou estouro, resistência a ruptura, resistência a dobramento) e menor dosagem.For example, US 2,935,436 discloses that several advantages are associated with the use of cationic starch instead of non-cationic starch. Examples of these advantages are increased starch retention, fillers and pigments, increased paper strength (burst or burst strength, tear strength, folding strength) and lower dosage.
Além disso, o Pedido de patente européia 0 703 314 divulga um método para fabricação de papel em que um amido de batata catiônico de amilopectina é acrescentado a uma solução aquosa de fibras de celulose, opcionalmente em adição a outros aditivos, seguido pela formação de papel a partir desta suspensão de maneira convencional. E descrito que um montante maior de cargas pode ser incorporado no papel que utiliza amido de batata catiônico de amilopectina sem impacto negativo na resistência do papel, quando comparado ao uso de um amido de batata catiônico tendo um teor de amilopectina normal ou amido de milho ceroso.In addition, European Patent Application 0 703 314 discloses a papermaking method in which an amylopectin cationic potato starch is added to an aqueous solution of cellulose fibers, optionally in addition to other additives, followed by paper formation. from this suspension in conventional manner. It is described that a larger amount of fillers can be incorporated into paper using cationic amylopectin potato starch with no negative impact on paper strength when compared to using a cationic potato starch having a normal amylopectin or waxy maize starch content. .
Patente US 5 635 028 divulga um processo para fabricação de papel macio crepom em que um amido catiônico, uma carboximetilcelulose e um inibidor de ligação são usados como composição facilitadora de formação de papel crepom. O papel crepom produzido é projetado para ser usado como papel higiênico ou como lenço de papel, e é inadequado para impressão. O problema de arrancamento de vasos não tem influência nesse papel crepom. Além disso, papel crepom convencionalmente não é submetido a encolamento superficial.US 5,635,028 discloses a process for making soft crepe paper wherein a cationic starch, a carboxymethylcellulose and a binding inhibitor are used as a crepe paper facilitating composition. The crepe paper produced is designed to be used as toilet paper or as a tissue and is unsuitable for printing. The problem of vessel tearing has no bearing on this crepe paper. In addition, crepe paper is conventionally not subjected to surface sizing.
A maior parte dos tipos de amido consistem de grânulos em que dois tipos de polímeros de glicose estão presentes. Estes são amilose (15- 35 % em peso em substância seca) e amilopectina (65-85 % em peso em substância seca). Amilose consiste de moléculas não ramificadas ou ligeiramente ramificadas tendo um grau médio de polimerização de 1000 a 5000, dependendo do tipo de amido. Amilopectina consiste de moléculas muito grandes, altamente ramificadas tendo um grau médio de polimerização de 1 000 000 ou mais. Os tipos de amido comercialmente mais importantes (amido de milho, amido de batata, amido de trigo e amido de tapioca) contêm 15 a 30 % em peso de amilose.Most starch types consist of granules in which two types of glucose polymers are present. These are amylose (15-35 wt% in dry substance) and amylopectin (65-85 wt% in dry substance). Amylose consists of unbranched or slightly branched molecules having an average degree of polymerization from 1000 to 5000, depending on the type of starch. Amylopectin consists of very large, highly branched molecules having an average degree of polymerization of 1,000,000 or more. The most commercially important starch types (maize starch, potato starch, wheat starch and tapioca starch) contain 15 to 30% by weight of amylose.
Existem algumas variedades de tipos de cereais como cevada, milho, painço, trigo, milo, arroz e sorgo, em que os grânulos de amido consistem quase completamente de amilopectina. Calculado como percentagem em peso de substância seca, estes grânulos de amido contêm mais de 95%, e usualmente mais de 98% de amilopectina. O teor de amilose destes grânulos de amido dos cereais é assim inferior a 5%, e usualmente inferior a 2%. As variedades de cereais acima são também referidas como grãos de cereais cerosos, e os grãos de amido de amilopectina isolados dos mesmos como amidos cerosos de cereais.There are some varieties of cereal types such as barley, maize, millet, wheat, milo, rice and sorghum, where starch granules consist almost entirely of amylopectin. Calculated as a percentage by weight of dry substance, these starch granules contain more than 95%, and usually more than 98% of amylopectin. The amylose content of these cereal starch granules is thus less than 5%, and usually less than 2%. The above cereal varieties are also referred to as waxy cereal grains, and the amylopectin starch grains isolated therefrom as waxy cereal starches.
Em contraste com a situação de vários cereais, variedades de raízes e tubérculos dos quais grânulos de amido consistem quase exclusivamente de amilopectina não são conhecidos na natureza. Por exemplo, grânulos de amido de batata isolados de tubérculos de batata usualmente contêm cerca de 20% de amilose e 80% de amilopectina (% em peso de substância seca). Durante os últimos 15 anos, no entanto, foram feitos esforços de sucesso para cultivar por modificação genética plantas de batata que em seus tubérculos formam grânulos de amido consistindo de mais de 95 % em peso (de substância seca) de amilopectina. Foi até possível produzir tubérculos de batata contendo substancialmente somente amilopectina.In contrast to the situation of various cereals, root and tuber varieties of which starch granules consist almost exclusively of amylopectin are not known in nature. For example, potato starch granules isolated from potato tubers usually contain about 20% amylose and 80% amylopectin (wt% dry substance). Over the past 15 years, however, successful efforts have been made to genetically cultivate potato plants which in their tubers form starch granules consisting of more than 95% by weight (of dry substance) of amylopectin. It was even possible to produce potato tubers containing substantially only amylopectin.
Na formação de grânulos de amido, diferentes enzimas são cataliticamente ativas. Destas enzimas, uma sintase acoplada ao grânulo de amido (granule-bound starch synthase (GBSS)) é envolvida na formação de amilose. A presença da enzima GBSS depende da atividade de genes que codificam para essa enzima GBSS.In the formation of starch granules, different enzymes are catalytically active. Of these enzymes, a granule-bound starch synthase (GBSS) coupled synthase is involved in the formation of amylose. The presence of the GBSS enzyme depends on the activity of genes coding for this GBSS enzyme.
Eliminação ou inibição da expressão destes genes específicos resulta no impedimento ou limitação da produção da enzima GBSS. A eliminação destes genes pode ser realizada por modificação genética da planta de batata ou por mutação recessiva. Um exemplo disso é o mutante isento de amilose (amf) da batata, cujo amido contém substancialmente apenas amilopectina, através de mutação recessiva no gene GBSS. Esta técnica de mutação é descrita, entre outros, em J.H.M. Hovenkamp-Hermelink et al., "Isolation of amilose-free starch mutant of the potato (Solarium tuberosum L.)", Theor. Appl. Gent., (1987), 75:217-221, e E. Jacobsen et al., " Introduction of an amilose-free (amf) mutant into breeding of cultivated potato, Solarium tuberosum L." de batata cultivada Solarium tuberosum L.), Euphytica, (1991), 53:247-253.Elimination or inhibition of expression of these specific genes results in impeding or limiting production of the GBSS enzyme. Elimination of these genes can be accomplished by genetic modification of the potato plant or by recessive mutation. An example of this is the potato amylose-free mutant (amf), whose starch contains substantially only amylopectin, by recessive mutation in the GBSS gene. This mutation technique is described, among others, in J.H.M. Hovenkamp-Hermelink et al., "Isolation of amylose-free starch mutant of the potato (Solarium tuberosum L.)", Theor. Appl. Gent., (1987), 75: 217-221, and E. Jacobsen et al., "Introduction of an amylose-free (amf) mutant into breeding potato, Solarium tuberosum L." of cultivated potato Solarium tuberosum L.), Euphytica (1991), 53: 247-253.
Eliminação ou inibição da expressão do gene GBSS na batata é também possível pelo uso da assim chamada inibição anti-senso. Esta modificação genética da batata é descrita em R.G.F. Visser et al., "Inhibition of the expression of the gene for granule-bound starch synthase in potato by antisense constructs", MoI. Gen. Genet., (1991), 225:289-296.Elimination or inhibition of GBSS gene expression in potato is also possible by the use of so-called antisense inhibition. This genetic modification of the potato is described in R.G.F. Visser et al., "Inhibition of the expression of the gene for granule-bound starch synthase in potato by antisense constructs", MoI. Gen. Genet. (1991), 225: 289-296.
Pelo uso de modificação genética, foi verificado ser possível cultivar e melhorar geneticamente raízes e tubérculos, por exemplo de batata, inhame, ou mandioca (Patente da África do Sul 97/4383), dos quais os grânulos de amido contêm pouca ou nenhuma amilose. Como referido aqui, amido de amilopectina de batata são os grânulos de amido de batata isolados de tubérculos de batata e tendo um teor de amilopectina de pelo menos 95 % em peso, com base na substância seca.By the use of genetic modification, it has been found to be possible to genetically grow and improve roots and tubers, for example potato, yam, or cassava (South African Patent 97/4383), of which starch granules contain little or no amylose. As referred to herein, potato amylopectin starch is potato starch granules isolated from potato tubers and having an amylopectin content of at least 95% by weight based on the dry substance.
Com relação a possibilidades de produção e propriedades, há diferenças significativas entre amido de amilopectina de batata por um lado, e os amidos cerosos de cereais de outro. Isto se aplica particularmente a amido ceroso de milho, que é comercialmente até agora o amido ceroso de cereal mais importante. O cultivo de milho ceroso, adequado para a produção de amido de milho ceroso não é comercialmente possível em países com clima frio ou temperado, como Países Baixos, Bélgica, Inglaterra, Alemanha, Polônia, Suécia e Dinamarca. O clima nestes países, entretanto, é adequado para o cultivo de batatas. Amido de tapioca, obtido da mandioca, pode ser produzido em países de clima quente, como os encontrados nas regiões sudestes da Ásia e na América do Sul.Regarding production possibilities and properties, there are significant differences between potato amylopectin starch on the one hand and waxy cereal starches on the other. This particularly applies to waxy maize starch, which is commercially the most important waxy cereal starch so far. Cultivation of waxy maize suitable for the production of waxy maize starch is not commercially possible in countries with cold or temperate climate such as the Netherlands, Belgium, England, Germany, Poland, Sweden and Denmark. The climate in these countries, however, is suitable for growing potatoes. Tapioca starch, obtained from cassava, can be produced in warm climate countries such as those found in Southeast Asia and South America.
A composição e propriedades de amido de raízes e tubérculos, como amido de amilopectina de batata e amido de amilopectina de tapioca, diferem daquelas dos amidos de cereais ceroso. Amido de amilopectina de batata tem um teor muito menor de lipídios e proteínas do que os amidos de cereais ceroso. Problemas referentes a odor e formação de espuma, que, por causa dos lipídios e/ou proteínas, podem ocorrer quando se usam produtos de amido de cereais cerosos (nativos e modificados), não ocorrem, ou ocorrem em um grau muito menor quando são usados produtos de amido de amilopectina de batata correspondentes. Em contraste com os amidos de cereais cerosos, amido de amilopectina de batata contém grupos fosfato quimicamente ligados. Em resultado disso, produtos de amido de amilopectina de batata em um estado dissolvido possuem um caráter específico de polieletrólito.Root and tuber starch composition and properties, such as potato amylopectin starch and tapioca amylopectin starch, differ from those of waxy cereal starches. Potato amylopectin starch has a much lower lipid and protein content than waxy cereal starches. Problems related to odor and foaming, which, because of lipids and / or proteins, may occur when using waxy (native and modified) cereal starch products, do not occur, or occur to a much lesser extent when used. corresponding potato amylopectin starch products. In contrast to waxy cereal starches, potato amylopectin starch contains chemically linked phosphate groups. As a result, potato amylopectin starch products in a dissolved state have a specific polyelectrolyte character.
A invenção contempla o uso de amido catiônico obtido de fontes de cereais e frutas por um lado, e de fontes de raízes e tubérculos, de outro. Dos amidos de cereais, o amido de milho ceroso provou ser muito adequado. Em geral, entretanto, amidos de raízes e de tubérculos são mais preferidos. Como foi indicado acima, é freqüentemente vantajoso usar um amido tendo um teor muito baixo de lipídios e/ou proteínas. Foi verificado que o uso de amido catiônico de amilopectina de batata e amido de amilopectina de tapioca como um agente de reforço de papel conduz a uma folha de papel particularmente forte.The invention contemplates the use of cationic starch obtained from cereal and fruit sources on the one hand, and from root and tuber sources on the other. Of cereal starches, waxy maize starch has proven to be very suitable. In general, however, root and tuber starches are more preferred. As indicated above, it is often advantageous to use a starch having a very low lipid and / or protein content. The use of potato cationic amylopectin starch and tapioca amylopectin starch as a paper reinforcing agent has been found to lead to a particularly strong sheet of paper.
De acordo com a invenção, um amido de amilopectina é definido como um amido obtido de, ou na forma de, grânulos de amido contendo mais de 95 % em peso, preferivelmente mais de 98 % em peso, com base em substância seca, de amilopectina, cujos grânulos de amido são isolados de uma fonte de planta, como tubérculos de batata ou raízes de mandioca, em que os referidos grânulos de amido são formados tendo o teor de amilopectina mencionado.According to the invention, an amylopectin starch is defined as a starch obtained from or in the form of starch granules containing more than 95 wt%, preferably more than 98 wt% based on dry substance amylopectin , whose starch granules are isolated from a plant source, such as potato tubers or cassava roots, wherein said starch granules are formed having the mentioned amylopectin content.
Métodos de preparo de amido catiônico são conhecidos em si, e foram, por exemplo, elucidados por D. B. Solarek: Cationic Starches, no livro de O.B. Würzburg (Ed.): Modified Starches: Properties and Uses, CRC Press Inc., Boca Raton, Florida, 1986, pp. 113-130. Os métodos descritos neste livro podem também ser usados para o preparo de amido catiônico de amilopectina usando um amido de amilopectina, de uma fonte botânica particularmente escolhida, como matéria prima.Methods of cationic starch preparation are known per se, and were, for example, elucidated by D. B. Solarek: Cationic Starches, in the book of O.B. Würzburg (Ed.): Modified Starches: Properties and Uses, CRC Press Inc., Boca Raton, Florida, 1986, p. 113-130. The methods described in this book may also be used for the preparation of cationic amylopectin starch using an amylopectin starch from a particularly chosen botanical source as a feedstock.
De acordo com a invenção, é preferível usar um amido catiônico de amilopectina que contenha grupos de amônio quaternário eletropositivamente carregados. Antes, após ou durante a reação de cationização o amido de amilopectina pode ser adicionalmente modificado física, química e/ou enzimaticamente. A invenção também abrange o uso destes amidos de amilopectina adicionalmente modificados. O grau de substituição (DS) do amido catiônico de amilopectina a ser usado de acordo com a invenção fica preferivelmente entre 0,005 e 0,5, e mais preferivelmente entre 0,01 e 0,2. Embora uma grande variedade de compostos de amônio, preferivelmente os quaternários, possa ser empregada na preparação de um amido catiônico de amilopectina para uso de acordo com a presente invenção, é preferível o preparo de um amido catiônico de amilopectina por tratamento do amido de amilopectina com cloreto de 3-cloro-2- hidroxipropil-trimetil amônio ou cloreto de 2,3-epoxipropil-trimetil amônio.According to the invention, it is preferable to use an amylopectin cationic starch containing electropositively charged quaternary ammonium groups. Before, after or during the cationization reaction amylopectin starch may be further physically, chemically and / or enzymatically modified. The invention also encompasses the use of these additionally modified amylopectin starches. The degree of substitution (DS) of the cationic amylopectin starch to be used according to the invention is preferably between 0.005 and 0.5, and more preferably between 0.01 and 0.2. Although a wide variety of ammonium compounds, preferably quaternary ones, may be employed in the preparation of an amylopectin cationic starch for use in accordance with the present invention, the preparation of an amylopectin cationic starch by treatment of amylopectin starch is preferable. 3-chloro-2-hydroxypropyl trimethyl ammonium chloride or 2,3-epoxypropyl trimethyl ammonium chloride.
O montante de amido catiônico que é usado vai depender do tipo de polpa que é usado, das condições de trabalho e das propriedades desejadas para o papel. Preferivelmente, 0,05 a 10 % em peso e mais preferivelmente 0,1 a 2 % em peso de amido catiônico de amilopectina, substância seca, calculados com base na polpa de papel, substância seca, são usados.The amount of cationic starch that is used will depend on the type of pulp that is used, the working conditions, and the desired properties of the paper. Preferably, 0.05 to 10 wt.% And more preferably 0.1 to 2 wt.% Cationic starch of amylopectin, dry substance, calculated from paper pulp, dry substance, is used.
O amido catiônico de amilopectina é preferivelmente primeiramente gelatinizado em água. A solução de amido resultante, opcionalmente após diluição adicional, é adicionada à massa de polpa. E no entanto, também possível, misturar amido catiônico de amilopectina solúvel a frio pré-gelatinizado com a massa de polpa, como produto seco ou após dissolução em água).Cationic amylopectin starch is preferably first gelatinized in water. The resulting starch solution, optionally after further dilution, is added to the pulp mass. It is, however, also possible to mix pre-gelatinized cold soluble cationic starch with the pulp mass as a dry product or after dissolving in water).
A invenção refere-se particularmente à fabricação de papel em que arrancamento de vasos é um problema. São tipos de papel que são convencionalmente encolados. Uma categoria preferida de papel é papel plano, que é projetado para ser impresso com tinta contendo óleo em um processo de impressão em offset plana ou rotativa. Essas tintas contendo óleo possuem uma pegajosidade (viscosidade) alta exigindo que grandes forças sejam exercidas no papel durante a impressão. Em contraste, papéis crepom não são adequados para serem impressos com tintas tendo alta pega. Papéis crepom convencionalmente não são encolados.The invention particularly relates to papermaking in which tearing of vessels is a problem. These are types of paper that are conventionally curled. A preferred category of paper is plain paper, which is designed to be printed with oil-containing ink in a flat or rotary offset printing process. These oil-containing inks have a high tackiness requiring high forces to be exerted on the paper during printing. In contrast, crepe papers are not suitable for printing with high grip inks. Crepe papers are conventionally not collapsed.
O amido catiônico de amilopectina pode ser adicionado em qualquer ponto do processo de fabricação de papel. Por exemplo, ele pode ser adicionado à polpa enquanto esta é disposta na caixa de entrada, no batedor de Hollander, no hidropolpador ou na caixa de empoeiramento. Se desejado, além do amido catiônico de amilopectina, um amido aniônico pode também ser adicionado à polpa.Amylopectin cationic starch can be added at any point in the papermaking process. For example, it can be added to the pulp as it is disposed in the inbox, hollander beater, hydropower, or dustbox. If desired, in addition to the cationic amylopectin starch, an anionic starch may also be added to the pulp.
Como mencionado acima, a invenção aborda especificamente problemas associados com o uso de polpas preparadas a partir de madeira dura. Assim, é preferível de acordo com a invenção que seja usada uma polpa para a fabricação de papel que inclua pelo menos 5 % em peso, com base em substância seca, de polpa de madeira dura. Mais preferivelmente, a polpa contém pelo menos 10 % em peso, mais preferivelmente pelo menos 15 % em peso, e ainda mais preferivelmente pelo menos 20 % em peso, com base em substância seca, de polpa de madeira dura. Em uma modalidade altamente preferida, a polpa compreende entre 30 e 70 % em peso, com base em substância seca, de polpa dura. Fontes adequadas de madeira dura são carvalho, bordo, choupo, olmo, eucalipto, álamo tremedor, choupo-do-canadá de bálsamo e acácia. Em uma modalidade preferida, a polpa de madeira dura é de carvalho, eucalipto ou MTH (i.e. madeira dura tropical mista). Em uma modalidade preferida, a polpa de madeira dura é de eucalipto. O restante da polpa, se a polpa não é inteiramente de madeira dura, pode ser de várias fontes de madeira mole, como espruce, pinho e lariço.As mentioned above, the invention specifically addresses problems associated with the use of pulps prepared from hardwood. Thus, it is preferable according to the invention that a pulp for papermaking comprising at least 5% by weight, based on dry substance, of hardwood pulp is used. More preferably, the pulp contains at least 10 wt%, more preferably at least 15 wt%, and even more preferably at least 20 wt%, based on dry substance, of hardwood pulp. In a highly preferred embodiment, the pulp comprises from 30 to 70% by weight, based on dry substance, of hard pulp. Suitable sources of hardwood are oak, maple, poplar, elm, eucalyptus, aspen, balsam and acacia. In a preferred embodiment, the hardwood pulp is oak, eucalyptus or MTH (i.e. mixed tropical hardwood). In a preferred embodiment, the hardwood pulp is eucalyptus. The rest of the pulp, if the pulp is not entirely hardwood, can be from various softwood sources such as spruce, pine and larch.
Uma das vantagens da invenção é de que os tratamentos de superfície do papel manufaturado podem ser realizados em uma extensão menor ou podem ser omitidos de todo. Tratamento de superfície de uma folha de papel, como encolamento ou revestimento têm sido convencionalmente usados para aumentar a resistência a arrancamento de vasos do papel a ser manufaturado. Tipicamente, esses tratamentos de superfície envolvem o uso de amido.One of the advantages of the invention is that surface treatments of manufactured paper may be performed to a lesser extent or may be omitted at all. Surface treatment of a sheet of paper, such as sizing or coating has been conventionally used to increase the tear resistance of the paper being manufactured. Typically, these surface treatments involve the use of starch.
Níveis de dosagem normais de amido para tratamento de superfície são de 5 to 10 % em peso, com base no peso da folha. Para um peso final da folha de 100 g/m2 isto significa uma captação de amido de 2,5 a 5 g de amido em cada lado da folha de papel. Usando um amido catiônico de amilopectina na extremidade úmida da fabricação de papel de acordo com a presente invenção, a captação de amido em um tratamento de superfície pode ser reduzida por 10 a 40 %, devido à resistência melhorada de arrancamento de vasos do papel. Assim, a captação de amido no tratamento de superfície em um processo para fabricação de papel de acordo com a invenção pode ser tão baixa quanto de 0,5 a 6 % em peso com base no peso da folha, e preferivelmente de 1 a 4 % em peso com base no peso da folha.Normal starch dosage levels for surface treatment are 5 to 10% by weight based on the weight of the sheet. For a final sheet weight of 100 g / m 2 this means a starch uptake of 2.5 to 5 g starch on each side of the paper sheet. Using a cationic amylopectin starch at the wet end of papermaking in accordance with the present invention, starch uptake in a surface treatment can be reduced by 10 to 40% due to the improved peeling resistance of paper vessels. Thus, the surface treatment starch uptake in a papermaking process according to the invention may be as low as 0.5 to 6% by weight based on the weight of the sheet, and preferably from 1 to 4%. by weight based on the weight of the sheet.
Uma redução na captação de amido conduzirá a uma redução no peso final da folha . Esta perda de peso da folha pode ser compensada pela adição de um pigmento na formulação de tratamento de superfície. Vantajosamente, com a substituição do amido no tratamento de superfície por um pigmento é obtida uma redução no custo total.A reduction in starch uptake will lead to a reduction in the final leaf weight. This weight loss of the sheet can be offset by the addition of a pigment in the surface treatment formulation. Advantageously, by replacing the starch in the surface treatment with a pigment, a reduction in the total cost is obtained.
A invenção será agora elucidada pelos seguintes exemplos não restritivos. Exemplo 1The invention will now be elucidated by the following non-restrictive examples. Example 1
Neste exemplo os seguintes produtos de amido catiônico, contendo substituintes quaternários de amônio (Grau de Substituição 0,035), foram usados como um aditivo da extremidade úmida para a fabricação de papel.In this example the following cationic starch products containing quaternary ammonium substituents (Substitution Grade 0.035) were used as a wet end additive for papermaking.
A. Amido catiônico de batata (contendo cerca de 20 % em peso de amilose, em substância seca, Amylofax PW)A. Potato Cationic Starch (containing about 20% by weight of Amylose, dry substance, Amylofax PW)
B. Amido catiônico de amilopectina de batata (de acordo com a invenção, contendo cerca de 2 % em peso de amilase em substância seca, PR0602A)B. Potato Amylopectin Cationic Starch (according to the invention, containing about 2% by weight of dry substance amylase, PR0602A)
Os produtos de amido catiônico foram transformados em lama com água , formando uma suspensão de amido com 10 % em peso de amido. Esta suspensão foi gelatinizada com vapor. A solução de amido obtida foi diluída com água a 1 % em peso de substância seca. A polpa em teste consistiu de uma mistura de 38 % de fibras longas, 28 % de fibras curtas (Eucalipto) e 34 % de polpa quimiotermomecânica (CTMP). Carbonato de cálcio foi adicionado como carga para obtenção de um teor final de cinzas de 16 % na folha de papel. O montante de amido catiônico adicionado foi de 1,0 % em peso (substância seca). A polpa em teste foi transformada em folhas de teste (peso da folha de 80g/m )The cationic starch products were slurried with water, forming a 10 wt% starch suspension of starch. This suspension was gelatinized with steam. The obtained starch solution was diluted with 1% by weight water of dry substance. The pulp under test consisted of a mixture of 38% long fibers, 28% short fibers (Eucalyptus) and 34% chemothermomechanical pulp (CTMP). Calcium carbonate was added as filler to obtain a final ash content of 16% in the paper sheet. The amount of cationic starch added was 1.0% by weight (dry substance). The pulp under test was transformed into test sheets (sheet weight 80g / m)
com um formador de folhas de teste. As folhas de teste foram secas até um teor de umidade de 7 % em peso.with a test sheet former. The test sheets were dried to a moisture content of 7% by weight.
A tendência de arrancamento de vasos foi determinada pela realização de arrepelamento com um teste de arrancamento a seco Prufbau como descrito no Tappi Journal, julho de 1994, página 185. A tinta de teste era uma tinta de pegajosidade alta (Huber 408004). A tendência de arrancamento de vasos foi avaliada visualmente. Os resultados são indicados na figura 1.Vessel pullout tendency was determined by performing crimping with a Prufbau dry pullout test as described in the Tappi Journal, July 1994, page 185. The test paint was a high tack paint (Huber 408004). The tendency of vessel tearing was visually assessed. Results are shown in figure 1.
Exemplo 2Example 2
Neste exemplo os mesmos dois produtos de amido catiônico, contendo substituintes de amônio quaternário (Grau de Substituição 0,035), foram usados como descrito no exemplo 1.In this example the same two cationic starch products containing quaternary ammonium substituents (Substitution Grade 0.035) were used as described in example 1.
A polpa em teste consistiu de uma mistura de 42 % de fibras longas, 8 % de fibras curtas (Eucalipto) e 50 % CTMP. Carbonato de cálcio foi adicionado como carga para obtenção de um teor de cinzas final de 16 % na folha de papel. O montante de amido catiônico adicionado foi de 1,0 % em peso (substância seca). A polpa em teste foi transformada em folhas de teste (peso da folha 80 g/m2) com um formador de folhas de teste. As folhas de teste foram secas até um teor de umidade de 7 % em peso.The pulp under test consisted of a mixture of 42% long fibers, 8% short fibers (Eucalyptus) and 50% CTMP. Calcium carbonate was added as filler to obtain a final ash content of 16% on the paper sheet. The amount of cationic starch added was 1.0% by weight (dry substance). The test pulp was transformed into test sheets (sheet weight 80 g / m2) with a test sheet former. The test sheets were dried to a moisture content of 7% by weight.
A tendência de arrancamento de vasos foi determinada pela realização do arrepelamento com um teste de arrancamento a seco como descrito no Tappi Journal, julho de 1994, página 185. A tinta de teste era uma tinta de pegajosidade alta (Huber 408004). A tendência de arrancamento de vasos foi avaliada visualmente. Os resultados são indicados na figura 1.The pullout tendency of vessels was determined by performing the pullout with a dry pullout test as described in the Tappi Journal, July 1994, page 185. The test paint was a high tack paint (Huber 408004). The tendency of vessel tearing was visually assessed. Results are shown in figure 1.
ConclusãoConclusion
Para ambas as qualidades de polpa (i.e. para os dois Exemplos 1 e 2), uma melhoria notável é observada na tendência de arrancamento de vasos quando amido catiônico de amilopectina de batata é usado em comparação com amido catiônico de batata normal.For both pulp qualities (i.e. for both Examples 1 and 2), a noticeable improvement is seen in the pullout tendency of pots when potato amylopectin cationic starch is used compared to normal potato cationic starch.
Exemplo 3Example 3
Neste exemplo os mesmos dois produtos de amido catiônico, contendo constituintes de amônio quaternário (Grau de substituição 0,035), foram usados como descrito no exemplo 1. A polpa consistiu de uma mistura de 38 % de fibras longas, 28 % de fibras curtas (Eucalipto) e 34 % de CTMP. Carbonato de cálcio foi adicionado como carga para obtenção de um teor final de cinzas de 10 % na folha de papel.In this example the same two cationic starch products containing quaternary ammonium constituents (Substitution Grade 0.035) were used as described in Example 1. The pulp consisted of a mixture of 38% long fibers, 28% short fibers (Eucalyptus ) and 34% CTMP. Calcium carbonate was added as filler to obtain a final ash content of 10% on the paper sheet.
O montante de amido catiônico adicionado foi de 1,0 % em peso (substância seca). A polpa foi transformada em uma folha de papel (peso da folha de 200 g/m2) com uma máquina de papel comum numa velocidade de produção de 400 metros/minuto. As folhas de papel assim obtidas foram encoladas na superfície com uma prensa de encolamento Dixon a uma velocidade de operação de 50 metros/minuto.The amount of cationic starch added was 1.0% by weight (dry substance). The pulp was transformed into a sheet of paper (sheet weight 200 g / m2) with a standard paper machine at a production speed of 400 meters / minute. The sheets of paper thus obtained were surface sealed with a Dixon sizing press at an operating speed of 50 meters / minute.
Como amido de encolamento uma solução aquosa de Perfectamyl A4692 (AVEBE) foi aplicada em concentração de 4 %, 8 % e 12 %. Os teores de amido das diferentes folhas de papel foram determinados por conversão enzimática do amido em glicose, seguida por determinação de glicose com o método de hexoquinase de acordo com Boehringer. A tendência de arrancamento der vasos foi determinada pela realização de teste de arrepelamento com o teste de arrancamento a seco Prufbau como descrito no Tappi Journal, julho de 1994, página 185. A tinta de teste era uma tinta de pegajosidade alta (Huber 408004). A tendência de arrancamento de vasos foi avaliada visualmente. Os resultados são indicados na seguinte tabela. <table>table see original document page 14</column></row><table>As sizing starch an aqueous solution of Perfectamyl A4692 (AVEBE) was applied at a concentration of 4%, 8% and 12%. Starch contents of different sheets of paper were determined by enzymatic conversion of starch to glucose, followed by glucose determination with the hexokinase method according to Boehringer. The pullout tendency of vessels was determined by performing the pullout test with the Prufbau dry pullout test as described in the Tappi Journal, July 1994, page 185. The test paint was a high tack paint (Huber 408004). The tendency of vessel tearing was visually assessed. Results are shown in the following table. <table> table see original document page 14 </column> </row> <table>
Avaliação de arrepelamento: 1 significa muito ruim, 10 significa excelente.Creep rating: 1 means very bad, 10 means excellent.
A partir dos resultados mostrados na tabela, pode ser visto que para amido catiônico de amilopectina de batata somente 0,7 % de amido de encolamento é necessário para obter um desempenho de arrepelamento muito bom. Para o tradicional amido catiônico de batata é necessário muito mais amido de encolamento para obtenção do mesmo desempenho de arrepelamento.From the results shown in the table, it can be seen that for potato amylopectin cationic starch only 0.7% sizing starch is required for very good crimping performance. For traditional potato cationic starch much more sizing starch is required to achieve the same crushing performance.
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