ES2210821T3 - Uso de un polimero de poliamonio cuaternario para el control de la deposicion de impurezas anionicas y de resina y para el tratamiento de desechos de fabricacion de papel estucado. - Google Patents
Uso de un polimero de poliamonio cuaternario para el control de la deposicion de impurezas anionicas y de resina y para el tratamiento de desechos de fabricacion de papel estucado.Info
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Abstract
Uso de un polímero de poliamonio cuaternario procedente de un monómero catiónico y de un monómero de reticulación para controlar la deposición de impurezas aniónicas y de resina y para el tratamiento de desechos de fabricación de papel recubierto en un sistema de pasta de papel y de fabricación de papel; en el que dicho monómero catiónico es cloruro de dialildimetilamonio y dicho monómero de reticulación se selecciona a partir del grupo constituido por N, N- dialilamina, clorhidrato de N, N-dialilamina, N, N, N- trialilamina, clorhidrato de N, N, N-trialilamina, metilenbisacrilamida, dicloruro de N, N, N¿, N¿- tetraalilpiperazinio y mezclas de los mismos; en el que la proporción molar de dicho monómero catiónico a dicho monómero de reticulación es de entre 95/5 a 99, 9999/0, 0001 y en el que dicho polímero de poliamonio cuaternario se añade a la pasta de papel en dicho sistema en una cantidad de entre 0, 05 y 2, 72 kg (0, 1 y 6 libras) de polímero de poliamonio cuaternario por 907 kg (1 tonelada inglesa corta) de pasta de papel seca.
Description
Uso de un polímero de poliamonio cuaternario para
el control de la deposición de impurezas aniónicas y de resina y
para el tratamiento de desechos de fabricación de papel
estucado.
La presente invención trata de forma general del
uso de un polímero de poliamonio cuaternario reticulado o ramificado
para el control de la deposición de impurezas aniónicas y de resina
y para el tratamiento de desechos de fabricación de papel recubierto
en un sistema de fabricación de pasta de papel y de fabricación de
papel.
En la técnica es bien conocida la síntesis de
polielectrolitos catiónicos de peso molecular bajo a medio a través
de la ciclopolimerización de haluros de dialildialquilamonio,
especialmente cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) y estos
polímeros se han usado mucho como coagulantes en muchas aplicaciones
prácticas. Aunque normalmente se prepara una estructura polimérica
lineal, se pueden emplear distintos monómeros de vinilo
multifuncionales y distintos procedimientos sintéticos que conduzcan
a la ramificación o a la reticulación del polímero. Los polímeros
que están ramificados mantienen una identidad molecular discreta con
segmentos poliméricos más pequeños que emanan a partir de la cadena
polimérica principal. Los polímeros reticulados tienen una conexión
entre cadenas poliméricas discretas para formar una estructura de
tipo reticular.
Las siguientes patentes describen distintas
síntesis y aplicaciones de los poliDADMACs:
El documento
JP-A-90041528 describe un
procedimiento para la síntesis de poliDADMACs reticulados insolubles
en agua, útiles como resinas de intercambio iónico. Los poliDADMACs
reticulados son copolímeros de 74/26 DADMAC/TAPD y 67/36
DADMAC/dicloruro de
N,N'-dimetil-N,N,N'N'-tetraalil-2-buteno-1,4-diamonio.
El documento
FR-A-1.494.438 describe una
composición y un procedimiento para sintetizar una composición de
cloruro de dialilamonio altamente reticulado, soluble en agua,
típicamente un poliDADMAC altamente reticulado soluble en agua. Los
agentes de reticulación usados en esta patente son clorhidrato de
trialilamina, metilenbisacrilamida y cloruro de tetraalilamonio. La
composición se sintetiza en forma de disolución y es útil para
aplicaciones de recubrimiento de papel conductor de electrones.
El documento
US-A-4.100.079 describe que los
copolímeros de DADMAC y de un monómero capaz de polimerización
después de la reticulación son útiles como espesantes ácidos en
operaciones de perforación de pozos de petróleo y en operaciones de
fractura debido a su estabilidad frente al ácido, el calor y la
sal.
El documento
US-A-4.225.445 describe que una
emulsión ramificada o una suspensión de polímeros de DADMAC es útil
para el espesamiento en fluidos de perforación de pozos de petróleo
y en fluidos de fractura.
El documento
US-A-3.968.037 describe que se
pueden producir polielectrolitos catiónicos altamente reticulados
como floculantes altamente eficaces para el espesamiento de aguas
residuales activadas mediante la polimerización en emulsión inversa
de monómeros catiónicos solubles en agua, incluyendo DADMAC, en
presencia de un comonómero poliolefínico insaturado. Los
polielectrolitos catiónicos altamente ramificados sintetizados en la
forma de emulsión inversa tienen mejor solubilidad en agua que
aquellos que se sintetizaron en polimerizaciones en disolución, en
polimerizaciones en suspensión o en polimerizaciones en masa.
El documento
EP-A-0374458 describe una
composición y un procedimiento para hacer polímeros solubles en
agua, altamente ramificados, con alto peso molecular, que incluye
poliDADMAC altamente ramificado. La composición es útil como
floculante. El procedimiento comprende la polimerización de uno o
más monómeros solubles en agua (incluyendo DADMAC) y de un agente de
ramificación (metilenbisacrilamida) en presencia de un agente de
transferencia de cadena (isopropanol). La composición es útil en la
floculación de dispersiones de sólidos suspendidos, como un lodo de
aguas residuales.
El documento
EP-B-0264710 describe una
composición y un procedimiento para sintetizar poliDADMACs solubles
en agua, altamente ramificados. El procedimiento comprende la
adición al reactor de una mezcla de un agente de ramificación y de
monómero de DADMAC en presencia de un agente de transferencia de
cadena (trietanolamina).
El documento
DD-A-292641 describe que los
poliDADMACs altamente ramificados, solubles en agua, son útiles como
floculantes para la eliminación de sólidos de suspensiones acuosas
de un lodo que contiene carbón y para el espesamiento de lodo de
aguas residuales industriales o de aguas residuales. El
procedimiento se puede usar en la fabricación de briquetas para
obtener agua utilizable y para recuperar el carbón. El agua se puede
usar directamente y los sólidos separados se pueden usar como
combustible.
El documento
DD-A-292218 describe que los
poliDADMACs altamente ramificados, solubles en agua, son útiles en
el espesamiento de lodos de aguas residuales industriales o en el
espesamiento de aguas residuales. El procedimiento se puede usar
para eliminar sólidos inorgánicos suspendidos en el procesamiento de
agua, en la clarificación de agua municipal o industrial y en
procedimientos de separación técnica.
El documento
DD-A-292219 describe la preparación
de poliDADMAC altamente ramificado, el cual posteriormente se
calienta y se agita para eliminar el agua para obtener un polvo con
un contenido de sustancia activa de 70%.
El documento
DE-A-3733587 describe que los
poliDADMACs altamente ramificados, solubles en agua, son útiles en
la retención y en el drenaje en la fabricación de papel.
El documento
DD-A-293500 describe que los
poliDADMACs son eficaces en la eliminación de sólidos suspendidos de
aguas residuales y de aguas que contienen
10-4-10 g de sólidos/l.
El documento
DD-A-292642 describe que se separan
sólidos de suspensiones acuosas o de lodos mediante la adición de un
copolímero de acriloguanamina insoluble en agua y de poliDADMAC
altamente ramificado, soluble en agua. El procedimiento es útil en
el procesamiento de agua potable, en la producción de agua
utilizable y en la purificación de aguas municipales y aguas
residuales industriales.
El documento
SU-A-1595851 describe un
procedimiento para la preparación de
metilenbisacrilamida-poliDADMACs reticulados en
emulsión o en alcohol. El polímero resultante es útil como
sorbente.
El documento
DD-A-261800 describe que los
poliDADMACs altamente reticulados, solubles en agua, son útiles como
materiales de embalaje de unión reversible tales como cartones.
El documento
US-A-5.393.381 describe que el uso a
la vez de poliacrilamida ramificada y de bentonita tiene un efecto
sinérgico en la retención de la bentonita en la hoja para producir
papel que tiene mejoradas la calidad, la opacidad y la rugosidad,
porosidad reducida, mejor absorción, mejor funcionamiento de la
máquina, mejor economía de producción y menor concentración de
bentonita residual en el agua estancada, reduciendo así problemas de
gestión de residuos. La poliacrilamida ramificada es preferiblemente
un copolímero catiónico de acrilamida y de un monómero catiónico
etilénicamente insaturado escogido a partir de dimetilaminoetil
acrilato cuaternizado o salificado, cloruro de
acrilamidopropiltrimetilamonio, DADMAC y dimetilaminoetil
metacrilato.
El documento
US-A-5.387.318 describe que la
poliacrilamida injertada con polímeros catiónicos, opcionalmente con
un agente de ramificación, es útil para el circuito de clarificación
de extracción de la tinta de impresora láser de papel usado.
El documento
WO-A-95/33097 describe un
procedimiento de fabricación de papel que incluye la adición de una
composición polimérica que tiene un peso molecular relativamente
elevado y una densidad de carga catiónica relativamente baja.
También se describe la adición de un coagulante y el uso de
bentonita en conexión con eso.
El término "impurezas aniónicas", tal y como
se usa en la presente memoria, quiere decir materiales aniónicos
solubles tanto de tipo macromolécula como de tipo tensioactivo e
incluye extractos de madera solubles liberados de la madera durante
los procedimientos físicos y químicos de obtención de pasta de
papel, así como aditivos químicos introducidos durante los
procedimientos de obtención de papel. La impureza aniónica es
perjudicial para el funcionamiento de la máquina de papel y tiene un
impacto negativo sobre el rendimiento de las ayudas de retención y
de otros aditivos catiónicos. Por ejemplo, es bien conocido en la
técnica que la adición de un polielectrolito catiónico a un
procedimiento que contiene impurezas aniónicas da como resultado la
formación de un complejo inactivo. En tal caso, para promover la
retención se requerirá un exceso de ayudas de retención. Por
consiguiente, el control de las impurezas aniónicas es importante
durante los procedimientos de fabricación de papel, en especial
durante los procedimientos mecánicos de fabricación de papel.
El término "resina" generalmente se refiere
a compuestos orgánicos hidrófobos emulsionados. Tal y como se usa en
la presente memoria, en relación con los sistemas de producción de
papel, se puede definir "resina" de forma simple como los
materiales pegajosos, resinosos que se liberan de la madera durante
el procedimiento de obtención de la pasta. En las aguas de
procedimiento de las fábricas de papel, la resina existe en forma de
dispersiones coloidales, inestables, de partículas hidrófobas. Por
lo tanto, las condiciones de sistema típicas en la producción de
papel, tales como fuerzas de cizalladura hidrodinámicas y mecánicas,
cambios de pH y de temperatura bruscos y exposición a iones
responsables de la dureza del agua y a depósitos de escamas
inorgánicas, causarán que las partículas coloidales de resina se
aglomeren y se depositen sobre las superficies de las máquinas de
papel. La resina también ha venido a incluir a los materiales
pegajosos que provienen de componentes de fibras recicladas, como
adhesivos y a menudo se denominan "stickies" y
"tackies".
Los depósitos de resina conducen a menudo a
defectos en la calidad del producto acabado, a un acortamiento de la
vida de los equipos, empeoramiento de la operación del sistema, a
tiempos de fuera de servicio de la máquina de papel debidos a
averías y, por último, a pérdida de beneficios para la fábrica.
Estos problemas se magnifican cuando las fábricas de papel
"cierran" sus sistemas de agua de proceso, tal y como ya han
hecho muchas fábricas por razones de conservación y por razones
medioambientales, eliminando así en el sistema muchos puntos
potenciales de salida de la resina. Un sistema de fabricación de
papel con un sistema de agua de proceso cerrado, con recirculación,
tiene sólo una capacidad de carga limitada para los materiales
hidrófobos como la resina. A menos que esas partículas de resina se
eliminen continuamente del sistema de forma controlada, pueden
ocurrir purgas espontáneas del sistema que conduzcan a depósitos de
resina y a problemas de comportamiento del papel. Así, para muchos
fabricantes de papel el control de la deposición de resina en un
sistema de fabricación de papel es una prioridad.
En la industria del papel se usan varios
procedimientos de control de la deposición de impurezas aniónicas y
de resina. Por ejemplo, la optimización del rendimiento de las
etapas de lavado de la pasta (por ejemplo, etapas de lavadores de
pasta de papel kraft cruda y etapas de extracción de las plantas de
blanqueo) a través de la aplicación de dispersantes de resina y de
antiespumantes o ayudas de lavado en estas etapas de lavado es una
opción de control para muchas fábricas. También, la eliminación de
resina a través de puntos de salida viables es especialmente
importante en sistemas cerrados de fabricación de papel. Además, a
menudo se emplea el uso de adsorbentes de resina como el talco. Sin
embargo, a menos que las partículas de talco/resina se retengan
eficazmente en la hoja de papel, el talco puede, en lugar de
resolver el problema, terminar contribuyendo al problema de
deposición de resina.
El alumbre es un agente de control de impurezas
aniónicas y de resina ampliamente usado para sistemas ácidos de
fabricación de papel. El alumbre actúa para unir las partículas de
resina a las fibras de forma análoga a la del ajuste del resinato.
Los coagulantes catiónicos promueven la unión de las partículas de
resina coloidales, cargadas aniónicamente, a las fibras y a los
finos a través de un mecanismo de neutralización de la carga. La
ventaja de usar coagulantes catiónicos y alumbre para el control de
las impurezas aniónicas y de la resina es que se eliminan del
sistema las impurezas aniónicas y la resina en forma de partículas
microscópicas dispersadas entre las fibras en el producto de papel
acabado. A diferencia del alumbre, una carga catiónica de polímero
no es necesariamente dependiente del pH del sistema, así los
polímeros catiónicos se pueden usar eficazmente en máquinas de papel
ácidas, neutras y alcalinas. Además, los polímeros catiónicos
permanecen solubles bajo las condiciones alcalinas normales de la
fabricación de papel, mientras que el alumbre puede formar hidróxido
de aluminio insoluble que puede dar como resultado depósitos
indeseados.
Un polímero catiónico deseable es aquel que puede
controlar de manera eficaz y eficiente a la vez la deposición de
impurezas aniónicas y de resina. Muchos de los polímeros anteriores
de la técnica son eficaces y eficientes en el control de la
deposición de resina, pero no en el control de las impurezas
aniónicas y viceversa.
Los polímeros catiónicos que se usan
comercialmente en las fábricas de papel como agentes de control de
las impurezas aniónicas y de la resina son homopolímeros de DADMAC.
Otro grupo de polímeros que se ha usado para el control de la
deposición de impurezas aniónicas y de resina son los polímeros
formados a partir de epiclorhidrina y de dimetilamina. Los primeros
se describen en el documento
CA-A-1.194.254 y los últimos se
describen en el documento
CA-A-1.150.914.
El documento
US-A-5.393.380 describe el uso de
copolímeros formados a partir de DADMAC y de ácido
3-acrilamida-3-metilbutanóico
en el control de la resina. No se mencionan la eficacia y la
eficiencia de estos tipos de copolímeros para el control de las
impurezas aniónicas.
El documento
US-A-5.246.547 describe el uso de un
polielectrolito modificado hidrófobamente para el control de la
deposición de resina. Este polielectrolito modificado hidrófobamente
se forma mediante la copolimerización de DADMAC con un monómero
modificado hidrófobamente, como cloruro de
dimetilaminoetilmetacrilato bencilo cuaternario. La patente expone
que la actividad de inhibición de la deposición de resina de los
polímeros modificados hidrófobamente es esencialmente igual a la del
poliDADMAC lineal. Sin embargo, no se mencionan la eficacia y la
eficiencia de los polímeros modificados hidrófobamente para el
control de las impurezas aniónicas.
El documento
US-A-5.527.431 describe el uso de un
copolímero de polielectrolito que contiene una silicona hidrófoba
que comprende DADMAC y un vinil alcoxisilano hidrófobo. Aunque se
dice que este poliDADMAC que contiene silicona es excepcional para
el control de la deposición de resina, no se discute la actividad de
este polímero con respecto al control de las impurezas
aniónicas.
En la técnica anterior se desconoce el uso de
poliamonios cuaternarios ramificados o reticulados en el control de
la deposición de impurezas aniónicas y de resina. Tradicionalmente
el énfasis para el mejor control de la resina se ha puesto en los
polímeros catiónicos modificados hidrófobamente. Los inventores de
la presente invención descubrieron el efecto de la ramificación o de
la reticulación de polímeros sobre la actividad de los polímeros en
el control de la deposición de impurezas aniónicas y de resina y
descubrieron que los poliamonios cuaternarios ramificados o
reticulados, específicamente poliDADMACs ramificados o reticulados,
tienen mayores actividades que otros polímeros basados en
DADMAC.
"Desechos de fabricación de papel" es un
término usado por los fabricantes de papel para describir el papel
que no pueden vender o que no venden debido a que no reúne las
especificaciones comerciales mínimas. Sin embargo, los desechos de
fabricación de papel son una fuente valiosa de fibra y se reciclan
internamente en la fábrica o se venden a otras fábricas.
Desafortunadamente, los desechos de fabricación de papel con
frecuencia contienen recubrimientos que se aplican a la hoja de
papel base a medida que se está fabricando. Cuando el desecho de
fabricación de papel contiene estos recubrimientos se denomina
"desecho de fabricación de papel recubierto". El desecho de
fabricación de papel recubierto presenta problemas especiales en la
recuperación de fibras con valor debido a que los recubrimientos
introducen materiales que normalmente no estarían presentes en la
pasta de papel original de fibra que se usa para fabricar la hoja de
papel base.
Los materiales de recubrimiento contenidos en el
desecho de fabricación de papel recubierto pueden representar entre
aproximadamente 10 y aproximadamente 40 por ciento en peso de
sólidos totales en la hoja de papel acabada. Los componentes
principales de los recubrimientos son pigmentos, que constituyen
normalmente entre aproximadamente 80 y 95% de la masa de
recubrimiento, y aglomerantes que constituyen entre aproximadamente
5 y 20% de la masa de recubrimiento.
Los pigmentos normalmente están compuestos de
pigmentos y de cargas típicos usados en la fabricación de papel,
incluyendo arcillas de distintos tipos, carbonato de calcio, dióxido
de titanio y otros pigmentos y aglomerantes similares o
especiales.
Los aglomerantes que se usan se obtienen
frecuentemente a partir de polímeros de látex normal tales como
aquellos que se derivan de resinas de
estireno-butadieno, resinas de acetato de
polivinilo, resinas de polivinilalcohol y resinas poliacrílicas o de
poliacrilato. Los aglomerantes también pueden incluir ciertos
productos naturales tales como almidones y dextrinas. Ciertos
aglomerantes se pueden personalizar dependiendo del resultado final
deseado por el fabricante de papel.
La combinación de los aglomerantes con los
pigmentos y con las cargas, todos los cuales están contenidos como
parte del recubrimiento en un desecho de fabricación de papel
recubierto, presenta ciertos problemas cuando se recicla el desecho
de fabricación de papel recubierto para recuperar fibras con valor.
El problema más difícil se debe a los materiales aglomerantes que,
algunas veces en combinación con los pigmentos o con las cargas,
forman depósitos pegajosos. Estos depósitos pegajosos, denominados
"resina blanca", causan dificultades cuando se reciclan de
nuevo a la operación de la máquina de papel. Otros problemas
incluyen a aquellos asociados con la resina estándar procedente de
fibras de madera naturales. Además, la inclusión del desecho de
fabricación de papel recubierto puede dar como resultado un papel
que falle en reunir las especificaciones debido a agujeros y/o
depósitos de resina blanca, a períodos de fuera de servicio de la
máquina producidos por roturas de la hoja o por una limpieza más
frecuente de la máquina, a obstrucción de los fieltros usados en la
fabricación de la hoja base y similares.
Los polímeros procedentes de reactivos de
epiclorhidrina/dimetilamina (EPI-DMA) reticulados o
lineales se han usado con éxito para tratar desechos de fabricación
de papel recubierto. Aunque estos polímeros están altamente cargados
catiónicamente, tienen muy bajo peso molecular (viscosidad
intrínseca aproximadamente 0,3 dl/g). Los copolímeros de mayor peso
molecular, que comprenden DADMAC y acrilamida, se han usado para
proporcionar mejoras en el tratamiento de desechos de fabricación de
papel recubierto en relación con polímeros procedentes de
EPI-DMA, en términos de eficacia y eficiencia.
También se ha descrito que la dispersión de polímeros procedentes de
un monómero catiónico y de acrilamida es más eficaz que los
polímeros procedentes de EPI-DMA, e igual de eficaz
que copolímeros procedentes de DADMAC y de acrilamida en el
tratamiento de desechos de fabricación de papel recubierto
(documento US-A-5.466.338). Además,
se ha sugerido que se usen poliDADMACs lineales para tratar desechos
de fabricación de papel recubierto (documento
US-A-5.131.982).
La eficacia de un polímero de tratamiento dado en
el tratamiento de desechos de fabricación de papel recubierto es el
porcentaje de depósitos de "resina blanca" que se puede inhibir
en relación con la ausencia de tratamiento. La eficiencia de un
polímero de tratamiento dado en el tratamiento de desechos de
fabricación de papel recubierto es la dosis de polímero requerido
para inhibir o reducir la "resina blanca" hasta un nivel
específico. Cuanto más eficaz sea el polímero de tratamiento, menos
resina blanca se depositará. Cuanto más eficiente sea el polímero de
tratamiento, menos polímero de tratamiento será necesario aplicar
para controlar los depósitos de "resina blanca". En otras
palabras, cuanto más eficiente sea el polímero de tratamiento, más
eficaz será el programa de tratamiento de desechos de fabricación de
papel recubierto.
Los inventores de la presente invención han
descubierto que se pueden usar con éxito poliDADMACs ramificados o
reticulados, solubles en agua, para controlar la "resina
blanca" mediante la eliminación de la "resina blanca" del
sistema en forma de partículas microscópicas dispersadas entre las
fibras. Los poliDADMACs ramificados o reticulados tienen ventajas
añadidas sobre los polímeros basados en EPI-DMA y
sobre los poliDADMACs lineales, y son al menos tan eficientes como
los polímeros basados en acrilamida.
La presente invención se dirige al uso de un
polímero de poliamonio cuaternario procedente de un monómero
catiónico y de un monómero de reticulación para controlar la
deposición de impurezas aniónicas y de resina y para el tratamiento
de desechos de fabricación de papel recubierto en un sistema de
pasta de papel y de fabricación de papel; en el que dicho monómero
catiónico es cloruro de dialildimetilamonio y dicho monómero de
reticulación se selecciona a partir del grupo constituido por
N,N-dialilamina, clorhidrato de
N,N-dialilamina, N,N,N-trialilamina,
clorhidrato de N,N,N-trialilamina,
metilenbisacrilamida, dicloruro de
N,N,N',N'-tetraalilpiperazinio y mezclas de los
mismos; en el que la proporción molar de dicho monómero catiónico a
dicho monómero de reticulación está entre 95/5 y 99,9999/0,0001 y en
el que dicho polímero de poliamonio cuaternario se añade a la pasta
de papel en dicho sistema en una cantidad de entre 0,05 y 2,72 kg
(0,1 y 6 libras) de polímero de poliamonio cuaternario por 907 kg (1
tonelada inglesa corta) de pasta de papel seca.
Se cree generalmente que los polímeros catiónicos
actúan puramente neutralizando la carga para permitir que las
micropartículas coloidales de resina se unan a la fibra de madera
aniónica, en lugar de unirse a las superficies plásticas hidrófobas
de la caja de entrada y a otras partes de la maquinaria de
fabricación de papel. Se ha descubierto por parte de los inventores
de la presente invención, que se puede mejorar la neutralización de
la carga superficial de las impurezas aniónicas y de la resina
coloidal en la suspensión del agua de proceso de la fabricación de
papel mediante el uso de poliamonios cuaternarios (quats)
ramificados o reticulados tal y como se definieron en la presente
memoria anteriormente. Los poliamonios quats ramificados o
reticulados se forman mediante la polimerización de una mezcla que
contiene (1) el monómero catiónico de cloruro de dialildimetilamonio
y (2) al menos un monómero de ramificación o de reticulación
iniciador de radicales seleccionado entre el grupo de dichos
monómeros de reticulación señalados en la presente memoria a
continuación.
El cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) se
puede preparar de acuerdo con cualquier forma comercial, tal como el
procedimiento descrito en el documento
US-A-4.151.202.
Monómeros de ramificación o de reticulación
adecuados (denominados en lo sucesivo de forma colectiva como
"monómeros de reticulación") incluyen metilenbisacrilamida
(MBA), N,N-dialilamina, clorhidrato de
N,N-dialilamina, N,N,N-trialilamina
(TAA), clorhidrato de N,N,N-trialilamina, dicloruro
de N,N,N',N'-tetraalilpiperazinio (TAPD) que tienen
la fórmula
en la que R_{11} y R_{12} se seleccionan cada
uno como hidrógeno, grupos alilo, grupos bencilo o grupos alquilo
que tienen entre 1 y 24 átomos de carbono; R_{13}, R_{14} y
R_{15} son cada uno hidrógeno o grupos alquilo que tienen entre 1
y 24 átomos de carbono y X^{-} es un contraión de cloro; o una
mezcla de los mismos. Los monómeros de reticulación más preferidos
son N,N,N-trialilamina y clorhidrato de
N,N,N-trialilamina.
Al menos uno de los monómeros de reticulación se
puede mezclar o antes de la polimerización, o durante la
polimerización o en la etapa de postratamiento con DADMAC.
De forma opcional se pueden añadir uno o más
agentes de transferencia de cadena a la mezcla. Agentes de
transferencia de cadena adecuados incluyen moléculas que pueden
formar radicales relativamente estables o que tienen átomos de
hidrógeno extraíbles, tales como ácido tioglicólico, mercaptanos,
trietanolamina, isopropanol, sorbitol, ácido glicólico y formiato de
sodio. El agente(s) de transferencia de cadena se puede
mezclar antes de la polimerización con DADMAC o durante la
polimerización.
En la práctica de la presente invención se puede
usar cualquier iniciador de radicales. Iniciadores de radicales
adecuados incluyen persulfato de amonio (PSA), persulfato de
amonio/metasulfito de sodio, dicloruro de
2,2'-azobis(2-aminopropano)
(Vazo-50),
2,2',-azobis(2,4-dimetilpentanonitrilo)
(Vazo-52),
2,2'-azobis(propanonitrilo)
(Vazo-64), peróxido de hidrógeno, hidroperóxido de
t-butilo o una mezcla de los mismos. El iniciador
preferido es persulfato de amonio, Vazo-50,
Vazo-52, Vazo-64 o una mezcla de los
mismos. El iniciador(es) de radicales se puede mezclar antes
de la polimerización con el monómero catiónico o se puede alimentar
lentamente y de forma continua durante el procedimiento de
polimerización.
El poliamonio quat ramificado o reticulado se
puede preparar de acuerdo con cualquier procedimiento conocido
mediante polimerización en disolución, polimerización en emulsión,
polimerización en dispersión y similares.
El poliamonio quat ramificado o reticulado se
prepara fácilmente mediante polimerización en disolución. La
viscosidad específica reducida (RSV) del poliamonio quat ramificado
o reticulado formado a partir de la polimerización en disolución en
una disolución molar de nitrato de sodio para uno por ciento en peso
de ingredientes activos de polímero, está entre aproximadamente 0,1
y 7 dl/g, preferiblemente entre aproximadamente 0,5 y 5 dl/g y lo
más preferiblemente entre aproximadamente 0,7 y 3 dl/g. La
viscosidad intrínseca (VI) del poliamonio quat ramificado o
reticulado hecho a partir de polimerización en disolución es de
entre aproximadamente 0,1 y 4,0 dl/g, preferiblemente entre
aproximadamente 0,4 y 3,0 dl/g y lo más preferiblemente entre
aproximadamente 0,7 y 2,5 dl/g.
El procedimiento de preparación requiere la
formación de una mezcla de polimerización mediante la mezcla en un
medio acuoso de entre aproximadamente 0 y 30% en peso de una sal
inorgánica al menos parcialmente soluble en el medio de reacción
acuoso, entre aproximadamente 25 y 70% en peso de DADMAC y al menos
un monómero de reticulación. La proporción molar de DADMAC al
monómero(s) de reticulación varía entre 95/5 y
99,9999/0,0001, preferiblemente entre 97/3 y 99,999/0,001 y lo más
preferiblemente entre 99/1 y 99,99/0,01. La proporción depende del
tipo de monómeros de reticulación utilizados, porque la cantidad
eficaz varía de un monómero de reticulación a otro. Se pueden añadir
opcionalmente uno o más de los agentes de transferencia de cadena
descritos anteriormente a la mezcla de polimerización, en una
cantidad tal que la proporción molar de DADMAC al agente(s)
de transferencia de cadena varíe entre 95/5 y 99,99/0,01 y
preferiblemente entre 98/2 y 99,9/0,1. También se pueden añadir
opcionalmente uno o más tensioactivos a la mezcla en el intervalo de
entre aproximadamente 0,01 y 10% en peso y preferiblemente entre
aproximadamente 0,1 y 5% en peso.
La mezcla de polimerización se purga a
continuación con un gas inerte y se calienta con agitación a una
temperatura de entre 20 y 90ºC. A continuación se alimentan
lentamente en la mezcla de polimerización uno o más de los
iniciadores de radicales solubles en agua anteriormente mencionados
en el intervalo de aproximadamente 0,2 y 5,0% en peso. La
temperatura de la mezcla se mantiene en el intervalo de
aproximadamente 20 a 90ºC durante un período de tiempo suficiente
para polimerizar el monómero(s) y formar un polímero de
poliamonio cuaternario ramificado o reticulado.
Se puede añadir agua de forma periódica cuando la
mezcla de reacción se vuelve muy viscosa durante el procedimiento de
polimerización. Después de la polimerización, el polímero se puede
recuperar, es decir, se puede retirar del reactor y manipular según
sea necesario. Por ejemplo, se puede diluir con agua y usarse como
tal. De forma alternativa, el polímero se puede concentrar o secar y
moler y usarse como tal.
El poliamonio quat ramificado o reticulado
también se prepara fácilmente mediante polimerización en emulsión.
La viscosidad específica reducida del poliamonio quat ramificado o
reticulado formado a partir de la polimerización en emulsión en 0,30
por ciento de ingredientes activos de polímero en una disolución
molar de nitrato de sodio es de entre aproximadamente 0,2 y 9 dl/g,
preferiblemente entre aproximadamente 0,4 y 7 dl/g y lo más
preferiblemente entre aproximadamente 1,0 y 4 dl/g. La viscosidad
intrínseca del poliamonio quat ramificado o reticulado hecho a
partir de polimerización en emulsión es de entre aproximadamente 0,1
y 6,0 dl/g, preferiblemente entre aproximadamente 0,4 y 4,0 dl/g y
lo más preferiblemente entre aproximadamente 0,8 y 3,0 dl/g. El
procedimiento de preparación requiere la formación de una fase de
monómero mediante la mezcla en un medio acuoso de entre
aproximadamente 0 y 5% en peso de una sal inorgánica al menos
parcialmente soluble en el medio acuoso, entre 15 y 70% en peso de
DADMAC basado en el peso final de la emulsión y al menos un monómero
de reticulación. La proporción molar de DADMAC al monómero(s)
de reticulación varía entre 95/5 y 99,9999/0,0001, preferiblemente
entre 97/3 y 99,999/0,001 y lo más preferiblemente entre 99/1 y
99,99/0,01. La proporción depende del tipo de monómeros de
reticulación utilizados, porque la cantidad eficaz varía de un
monómero de reticulación a otro. Se pueden añadir opcionalmente a la
fase de monómero uno o más de los agentes de transferencia de cadena
mencionados anteriormente en una cantidad tal que la proporción
molar de DADMAC al agente(s) de transferencia de cadena varíe
entre 95/5 y 99,99/0,01 y preferiblemente entre 98/2 y 99,9/0,1.
También se pueden añadir opcionalmente a la fase de monómero uno o
más tensioactivos en el intervalo de entre aproximadamente 0,01 y
10% en peso y preferiblemente entre aproximadamente 0,1 y 5% en
peso.
El pH de la fase de monómero se ajusta con un
ácido hasta entre 2 y 10, más preferiblemente entre 3 y 9 y lo más
preferiblemente entre 3,5 y 5. También se puede añadir un compuesto
tampón de pH, tal como ácido 1,6-hexileno
dicarboxílico, en una cantidad de entre aproximadamente 0,1 y 2% en
peso.
A continuación se forma una fase oleosa mediante
la mezcla de uno o más compuestos emulsionantes de cualquier tipo,
que forman solos o en combinación una emulsión estable del
poliamonio quat, con una densidad intrínseca preferiblemente
relativamente alta, en el intervalo de aproximadamente 1 a 8% en
peso basado en el peso final del polímero de emulsión y entre
aproximadamente 2 y 30% en peso de cualquier disolvente insoluble en
agua. La mezcla de los compuestos emulsionantes y del aceite se
calienta con agitación para permitir que los compuestos
emulsionantes se disuelvan en el aceite.
A continuación se mezcla conjuntamente con la
fase de monómero y se homogeneiza hasta que el tamaño de partícula
esté en el intervalo de aproximadamente 0,5 a 5 micrómetros. A
continuación, se agita la emulsión de polimerización y se purga a
continuación con un gas inerte o antes o después de la adición de un
iniciador. A continuación se añaden a la emulsión uno o más de los
iniciadores solubles en agua o solubles en aceite mencionados
anteriormente, o en una forma de alimentación discontinua o en una
forma semicontinua-continua, en el intervalo de
aproximadamente 0,2 a 5,0% en peso. La temperatura de la emulsión de
polimerización se mantiene en el intervalo de aproximadamente 20 a
90ºC durante un período de tiempo suficiente para polimerizar los
monómeros y formar una emulsión estable de poliamonio quat
ramificado o reticulado.
Después de la polimerización, el polímero se
puede recuperar, es decir, se puede retirar del reactor y manipular
según sea necesario. Se puede preparar en forma de un componente
individual mediante la mezcla de la emulsión con al menos un
activador de la inversión.
Los siguientes ejemplos están destinados a ser
ilustrativos de la presente invención y para enseñar a un experto
normal en la materia como preparar y usar la invención. Estos
ejemplos no están destinados a limitar la invención o su protección
en ningún sentido.
Tal y como se describe a continuación en la Tabla
1, se prepararon diez disoluciones de poliDADMAC reticulado
(polímeros Nº 1-10) y una disolución de poliDADMAC
ramificado (polímero Nº 11).
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Se preparó una fase acuosa de monómero mediante
la mezcla de cloruro dialildimetilamonio (645 g, 62%), clorhidrato
de N,N,N-trialilamina (1,79 g, 27,8%), ácido adípico
(5,00 g), tetrasodio EDTA (0,08 g) y agua desionizada (18,25 g). La
mezcla se agitó y se calentó hasta una temperatura de entre 35 y
40ºC para disolver los materiales sólidos. El pH se ajustó con ácido
clorhídrico concentrado hasta entre 3,5 y 3,8.
Se preparó una fase oleosa mediante la disolución
de Span 80 (POE (20) monoleato de sorbitán, 10,00 g), Mackamide NOA
(10,00 g), Tween 61 (POE (4) estearato de sorbitán, 5,00 g) e IL
2296 (un tensioactivo no iónico a partir de ICI, 10,00 g) en un
aceite mineral (Isopod M, 270 g) a una temperatura de 50 a 55ºC.
La fase de monómero y la fase oleosa se mezclaron
conjuntamente y se homogeneizó hasta que el tamaño de partícula
estuvo en el intervalo de 0,5 a 1,5 micrómetros. A continuación se
transfirió la emulsión a un reactor de 1,5 litros y se agitó.
Después de que se estabilizó la temperatura a 45ºC, se alimentó
persulfato de amonio (2,40 g) en agua desionizada (12,00 g) mediante
una jeringa de bulbo durante 10 minutos y se mezcló durante un
período adicional de 45 min. Se añadieron V-64 (0,80
g) y V-52 (0,40 g) a la emulsión agitada. La
emulsión se purgó con gas de nitrógeno y se calentó durante 2,0
horas a 45ºC, 2,0 horas a 55ºC, 2,0 horas a 65ºC y 2,0 horas a
75ºC.
La emulsión acabada de poliDADMAC reticulado se
enfrió a continuación hasta 24ºC para producir el polímero Nº 20. La
conversión del monómero de DADMAC determinada mediante el análisis
del DADMAC residual mediante cromatografía líquida fue superior al
99%.
Este procedimiento se repitió variando el tipo
y/o la cantidad de monómero de reticulación en proporción con el
monómero base para producir los polímeros Nº 12-19 y
21-26 tal y como se muestra en la Tabla 2. La
viscosidad específica reducida de la disolución (RSV) y la
viscosidad intrínseca (VI) se determinaron mediante la preparación
de una disolución acuosa de polímero al 0,80%, en la que se
disolvieron 4,00 gramos de producto de emulsión al 40% en un vaso de
precipitados de 300 ml que contiene una dispersión agitada de 195,00
gramos de agua desionizada y 1,00 gramos de activador de la
inversión. La dispersión se agitó a 800 rpm durante 60 min. con un
agitador encajado. La disolución acuosa resultante se diluyó además
hasta 0,30% en peso con NaNO_{3} 2M y con agua desionizada. Se
prepararon de forma similar disoluciones acuosas al 1,00%. Las RSVs
y las VIs de los polímeros 12-26 se muestran a
continuación en la Tabla 2.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Los polímeros Nº 27-33,
enumerados a continuación en la Tabla 3, son polímeros estándar
usados en la industria de fabricación de pasta de papel y de
papel.
Para evaluar el rendimiento del polímero en el
control de la deposición de impurezas aniónicas y de resina, se
usaron tres procedimientos, concretamente, el ensayo de turbidez del
filtrado de pasta de papel, ensayo de demanda catiónica del filtrado
de pasta de papel y el ensayo de deposición de resina. Aunque se
cree que cada uno de estos ensayos mide la capacidad del polímero
para controlar las impurezas aniónicas y la resina en un sistema,
cada procedimiento de ensayo mide algún aspecto diferente de los
problemas de impurezas aniónicas/resina.
Se puede evaluar una nueva eficiencia de
rendimiento de polímeros en cualquier ensayo específico mediante sus
proporciones de sustitución frente a un polímero estándar. A un
nivel de rendimiento por igual dado, la proporción de sustitución de
un polímero nuevo frente a un polímero estándar se obtiene mediante
la división de la dosis necesaria (por ejemplo, kg de polímero/907
kg de papel o libras de polímero/1 tonelada inglesa corta de papel)
para producir el nivel de rendimiento dado con el nuevo polímero
entre la dosis necesaria para producir el mismo nivel de rendimiento
con el polímero estándar. Si la proporción de sustitución es 1,00,
el nuevo polímero es tan eficiente como el polímero estándar. Si la
proporción de sustitución es mayor de 1,00, el polímero es menos
eficiente que el polímero estándar. Si la proporción de sustitución
es menor de 1,00, el nuevo polímero es más eficiente que el polímero
estándar y cuanto más bajo sea el número, más eficiente es el nuevo
polímero comparado con el polímero estándar.
Después de añadir una pasta termomecánica
(consistencia 3 a 5% en peso) a una mezcladora Hobart modelo
N-50 Dough y de mezclarla durante un período
inicial, se administró una dosis de polímero y se permitió que se
mezclase durante una cantidad establecida de tiempo. A continuación
la pasta de papel se filtró a vacío hasta un volumen establecido, y
se usó una porción del filtrado para la medida de la demanda
catiónica y otra porción para la medida de la turbidez. Las
condiciones experimentales y los procedimientos usados para medir la
demanda catiónica del filtrado y la turbidez del filtrado se dan en
la Tabla 4. La temperatura de la pasta de papel se mantuvo a
aproximadamente 30ºC. Se usó un valorador automático Metron 716 DMS
Titrino para la valoración coloidal con punto final Mutek. La célula
Mutek y el pistón se limpiaron con una mezcla 50/50 de agua/acetona
después de cada valoración. Para controlar la turbidez del filtrado
principalmente en la escala 0-100 se usó un
turbidímetro Hach 2100.
La reducción de demanda catiónica del filtrado %
se calculó usando la siguiente ecuación:
La reducción de turbidez del filtrado se calculó
usando la siguiente ecuación:
En estos ensayos de actividad se evaluaron los
poliDADMACs a fin de identificar el efecto del peso molecular del
polímero sobre la viscosidad intrínseca (VI). Las comparaciones de
reducción de demanda catiónica de poliDADMAC lineal en una pasta de
papel termomecánica se muestran en las Tablas 5 y 6.
Las menores proporciones de sustitución en la
Tabla 5 en relación con el poliDADMAC estándar (polímero Nº 30) para
los polímeros reticulados Nº 1, 2, 6, 13 y 14 muestran la mejora de
actividad de estos polímeros, es decir, la cantidad de polímero
requerida para alcanzar un nivel dado de reducción es menor en 10 a
30% dependiendo del polímero en particular y del nivel de
rendimiento deseado. Por otra parte, la mejora en la eficiencia del
polímero no procede simplemente del incremento en el peso molecular,
tal y como se mide mediante la VI. Tal y como se muestra en las
Tablas 5 y 6, cuando se comparan poliDADMACs lineales con distintas
VI con el polímero de referencia, no hay cambio en la eficiencia
para VI mayores que o iguales a 0,41 dl/g. Sin embargo, tiene lugar
una pérdida de eficiencia cuando la VI es lo suficientemente baja,
es decir, menor de 0,41 dl/g.
En la Tabla 7 se hace una comparación de las
actividades de turbidez del filtrado entre los polímeros lineales Nº
30 y 28 y los poliDADMACs reticulados. Tal y como muestra esta
tabla, no se pierde eficiencia de polímero para los poliDADMACs
reticulados en relación con los polímeros lineales.
Tal y como se muestra en las Tablas 5 y 7, los
poliDADMACs reticulados de la presente invención exhiben un
rendimiento mejorado en relación con los poliDADMACs lineales en el
ensayo de reducción de demanda catiónica del filtrado y exhiben
igual rendimiento en el ensayo de reducción de turbidez del
filtrado.
El ensayo de deposición de resina usado en la
presente memoria proporciona otra forma de diferenciar el
rendimiento del polímero en la reducción de la deposición de resina.
De acuerdo con este procedimiento de ensayo, se añadió una
disolución acuosa al 2,0% de resina de madera blanda en NaOH al 0,5%
(un volumen fijo para cada serie de ensayos para dar una
concentración de resina de entre 4580 y 5682 ppm) a 500 ml de pasta
de papel kraft blanqueada de madera dura obtenida o de una fábrica
de papel o preparada recientemente a partir de una lámina seca en
agua desionizada (1,4 a 1,7% de consistencia). El pH de la pasta de
papel se ajustó a continuación hasta 6,0 con ácido clorhídrico
concentrado. La pasta de papel a ensayar se puso en un recipiente de
una mezcladora Osterizer. Al recipiente de la mezcladora se añadió
una disolución acuosa 0,5 M de cloruro de calcio dihidrato (un
volumen fijo para cada serie de ensayos para dar una concentración
de iones de calcio de entre 284 y 382 ppm como CaCO_{3}) y en este
punto se añadió el agente de control de la resina a ensayar. En la
pasta de papel de ensayo se sumergió una probeta de
politetrafluoroetileno previamente pesada. La pasta de papel de
ensayo se mezcló a una velocidad de mezcladora media fija durante
cinco minutos. La probeta ahora recubierta con resina depositado se
retiró, se aclaró suavemente con agua desionizada para eliminar
cualquier fibra adherida a la superficie de la probeta y se secó. El
peso original de la probeta se restó del peso de la probeta más la
resina depositado a fin de obtener el peso de depósito de resina. El
porcentaje de inhibición (reducción) de la deposición de resina se
calculó de acuerdo con la siguiente ecuación.
% de inhibición (reducción)
de pitch = \frac{(PDP)_{control \ promedio} -
(PDP)_{tratada}}{(PDP)_{tratada}} x
100%
en la que PDP = peso depositado de resina
(mg).
La resina de madera sintética usado en los
ensayos de deposición de resina eran componentes de resina de madera
comunes. A las pastas de papel de laboratorio se añadieron
disoluciones de las composiciones de resina sintético para formar
una dispersión coloidal de resina similar a la resina de madera
verdadero en las pastas de papel de la fabricación de papel
existentes, solo a una mayor concentración efectiva, de forma que en
el ensayo de deposición de resina se pudiese obtener un depósito de
resina medible a partir de un cantidad relativamente pequeña de
pasta de papel en un período de tiempo razonablemente corto. Las
composiciones de resina sintético incluían típicamente los
siguientes componentes:
\newpage
| Ácido abiético (un ácido de resina) | 5-50% |
| Ácido oléico | 10-25% |
| Ácido palmítico | 5-10% |
| Aceite de maíz | 10-35% |
| Alcohol oléico | 2,5-7,5% |
| Estearato de metilo | 5-15% |
| \beta-sitosterol | 2,5-7,5% |
| Caproato de colesterilo | 2,5-7,5% |
Las Tablas 8-12, descritas con
mayor detalle a continuación, ilustran como los poliDADMACs
ramificados o reticulados superan a todos los demás polímeros
(incluyendo a los poliDADMACs lineales) en el ensayo de inhibición
de la deposición de resina en términos de mayor eficiencia.
Tal y como se muestra en la Tabla 8, la emulsión
inversa del polímero reticulado Nº 13 es más eficiente que los
polímeros lineales Nº 29 y 32 independientemente de la VI. Además,
la disolución del polímero Nº 1 supera al poliDADMAC convencional
con menor VI (polímero Nº 29), aunque no es tan eficiente como el
poliDADMAC de alta VI (polímero Nº 32) en estos resultados de
deposición de resina.
Tal y como se ilustra en la Tabla 9, los
poliDADMACs reticulados exhiben eficiencias excepcionales en
relación con el polímero lineal Nº 30. Las dosis de polímeros
requeridas para alcanzar un rendimiento fijado se redujeron tanto
como 94%.
La Tabla 10 ilustra además la mayor eficiencia de
los poliDADMACs ramificados o reticulados en relación con el
poliDADMAC lineal (polímero Nº 30). La dosis de la disolución de
poliDADMAC reticulado (polímero Nº 4) fue aproximadamente 25 a 50%
menor, mientras que las mejores emulsiones inversas de poliDADMAC
(polímeros Nº 19 y 20) requirieron sólo 0,2 a 0,4 de la dosis del
poliDADMAC lineal, dependiendo del nivel de rendimiento
requerido.
La Tabla 11 muestra de nuevo las eficiencias
mejoradas de las disoluciones de poliDADMACs reticulados sobre un
poliDADMAC lineal convencional, requiriéndose una dosis de la mitad
o menos para alcanzar igual rendimiento.
La Tabla 12 muestra las eficiencias mejoradas de
los poliDADMACs reticulados sobre poliDADMACs lineales usando una
pasta de papel kraft virgen. En los mejores casos, los poliDADMACs
reticulados requirieron menos de la décima parte de la dosis de
poliDADMACs convencionales.
En los ejemplos anteriores, se ha demostrado que
el poliamonio quat ramificado o reticulado para uso de acuerdo con
la presente invención actúa como un coagulante eficaz y eficiente en
el control de las impurezas aniónicas y de la resina en sistemas de
fabricación de papel. El poliamonio quat ramificado o reticulado se
puede añadir a la pasta de papel en cualquier etapa del sistema de
fabricación de papel, o solo o en combinación con otros componentes
que incluyen, pero sin limitarse a ellos, sales de aluminio
hidrolizantes, sales de circonio, talco, arcillas y otros polímeros.
La cantidad eficiente del poliamonio quat ramificado o reticulado a
añadir depende de varias variables que incluyen el pH del sistema,
la dureza, temperatura, contenido de impurezas aniónicas y el
contenido de resina de la pasta de papel. De acuerdo con la presente
invención, se añaden a la suspensión de pasta de papel 0,05 a 2,72
kg (0,1 a 6 libras) del poliamonio quat por cada 907 kg (1 tonelada
inglesa corta) de pasta de papel seca, y preferiblemente se añaden
0,1 a 0,91 kg (0,2 a 2 libras) del poliamonio quat por cada 907 kg
(1 tonelada inglesa corta) de pasta de papel seca.
El poliamonio quat ramificado o reticulado para
uso de acuerdo con la presente invención es eficiente en el control
de la deposición de impurezas aniónicas y de resina en distintos
sistemas de fabricación de papel, como pasta de papel química (Kraft
y al sulfito), pasta de papel mecánica TMP (pasta termomecánica), GW
(pasta mecánica de desfibrador), PGW (pasta mecánica de desfibrador
a presión), CTMP (pasta química termomecánica, semiquímica) y
procedimientos de pasta de papel reciclada. Por ejemplo, se pueden
controlar la deposición de resina en el lavador de la pasta de papel
cruda, en la sala de depuración y en los sistemas de espesadores
decker en los procedimientos de fabricación de papel Kraft. El
término "fabricación de papel" debe incluir todos los
procedimientos de pasta de papel. En general, se cree que los
poliamonios quats se pueden utilizar para evitar la deposición de
resina sobre todas las superficies de las máquinas de papel de la
fábrica de pasta de papel hasta la bobina de la máquina de papel
bajo una diversidad de pHs y condiciones. Más específicamente, los
poliamonios quats disminuyen eficazmente la deposición de jabón de
metal y de otros componentes resinosos de resina, no sólo sobre las
superficies de metal, sino también sobre superficies plásticas y
sintéticas tales como telas de las máquinas, fieltros, láminas,
cajas de hule y componentes de la caja de entrada. Los poliamonios
quats también se pueden usar para reducir la dosis de floculante en
los procedimientos de retención y drenaje.
Para evaluar la actividad del coagulante se usó
un ensayo de turbidez de filtrado. Este ensayo mide la capacidad del
polímero coagulante de ensayo para retener materiales de desechos de
fabricación de papel recubierto durante la filtración a vacío a
través de un papel de filtro grueso. El procedimiento de ensayo y
las condiciones se exponen a continuación en la Tabla 13.
Usando este procedimiento de ensayo, la mayoría
de los materiales de pigmentos pasaron fácilmente a través del
filtro, de forma tal que la turbidez de los filtrados sin diluir fue
siempre demasiado elevada para medirse directamente. Como resultado,
generalmente se requirió una dilución para llevar la turbidez dentro
de un intervalo aceptable para la medida mediante el turbidímetro
Hach. Como el filtrado aumenta debido a la torta de masa filtrante
formada sobre el papel de filtro, la turbidez del filtrado durante
el ensayo de filtración es por lo tanto una función del tiempo. Así,
las muestras se filtraron hasta terminar y el filtrado se recogió y
se midió, eliminando de ese modo dicha dependencia del tiempo.
El porcentaje de reducción de turbidez se calculó
a partir de los datos de turbidez de los filtrados de acuerdo con la
siguiente ecuación:
Este procedimiento de presentación de datos
enfatiza la cantidad de retención en lugar de la turbidez alcanzable
del agua. Las proporciones de sustitución se midieron sobre la base
de las técnicas anteriores. El uso de proporciones de sustitución
indica que los polímeros se están evaluando sobre una base de
eficiencia medida por la cantidad de polímero requerida para
alcanzar un nivel de rendimiento dado frente a un material estándar.
Las proporciones de sustitución de las tres fuentes distintas de
desechos de fabricación de papel recubierto se muestran en las
Tablas 14-16, en las que la pasta de papel se
preparó a partir de 600 gramos de desechos de fabricación secos y 15
litros de agua desionizada. Debido a que las proporciones de
sustitución representan la cantidad de polímero necesaria para
sustituir al estándar, son deseables valores menores de 1.
En este ensayo, se compararon distintos
poliDADMACs reticulados para uso de acuerdo con la presente
invención con el polímero Nº 27 (polímero
amoníaco-EPI-DMA reticulada) y con
el polímero Nº 33 (un copolímero de emulsión DADMAC/AcAm que tiene
50/50 por ciento en peso). Tal y como demostraron las Tablas
14-16, los poliDADMACs reticulados son más eficaces
y eficientes que el polímero Nº 27 y más eficientes que los
polímeros Nº 29 y 32 (poliDADMACs lineales) para todas las pastas de
desechos de fabricación de papel recubierto ensayadas, y son al
menos tan eficientes como el polímero Nº 33.
La cantidad de poliamonio quat ramificado o
reticulado que se ha descubierto eficaz y eficiente para la
coagulación de resina blanca y de sus componentes, concretamente los
pigmentos y los aglomerantes descritos anteriormente, varía entre
0,1 kg (0,2 libras) de polímero activo por 907 kg (1 tonelada
inglesa corta) de sólidos de desechos de fabricación totales hasta,
e incluyendo, aproximadamente 5 kg (10 libras) de polímero activo
por 907 kg (1 tonelada inglesa corta) de sólidos de desechos de
fabricación totales.
Preferiblemente, los niveles de tratamiento
varían entre aproximadamente 0,25 kg (0,5 libras) de polímero activo
por 907 kg (1 tonelada inglesa corta) de sólidos de desechos de
fabricación totales y aproximadamente 2,5 kg (5 libras) por 907 kg
(1 tonelada inglesa corta). Lo más preferiblemente, los intervalos
de tratamiento eficaces están entre 0,38 y aproximadamente 1,75 kg
(0,75 y aproximadamente 3,5 libras) por 907 kg (1 tonelada inglesa
corta), aunque cada fuente de desechos de fabricación de papel
recubierto tiene su propio carácter y la demanda de nivel de
tratamiento para tratar resina blanca varía con la fuente de fibras
de desechos de papel recubierto.
Mientras que la presente invención se describe
anteriormente con respecto a formas de realización preferidas o
ilustrativas, estas formas de realización no se pretende que sean
exhaustivas o limitantes de la presente invención. Más bien, se
pretende que la presente invención cubra todas las alternativas,
modificaciones y equivalentes tal y como se define mediante las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (3)
1. Uso de un polímero de poliamonio cuaternario
procedente de un monómero catiónico y de un monómero de reticulación
para controlar la deposición de impurezas aniónicas y de resina y
para el tratamiento de desechos de fabricación de papel recubierto
en un sistema de pasta de papel y de fabricación de papel; en el que
dicho monómero catiónico es cloruro de dialildimetilamonio y dicho
monómero de reticulación se selecciona a partir del grupo
constituido por N,N-dialilamina, clorhidrato de
N,N-dialilamina, N,N,N-trialilamina,
clorhidrato de N,N,N-trialilamina,
metilenbisacrilamida, dicloruro de
N,N,N',N'-tetraalilpiperazinio y mezclas de los
mismos; en el que la proporción molar de dicho monómero catiónico a
dicho monómero de reticulación es de entre 95/5 a 99,9999/0,0001 y
en el que dicho polímero de poliamonio cuaternario se añade a la
pasta de papel en dicho sistema en una cantidad de entre 0,05 y 2,72
kg (0,1 y 6 libras) de polímero de poliamonio cuaternario por 907 kg
(1 tonelada inglesa corta) de pasta de papel seca.
2. Un uso de acuerdo con la reivindicación 1, en
el que dicho monómero de reticulación es
N,N,N-trialilamina.
3. Un uso de acuerdo con la reivindicación 1, en
el que dicho monómero de reticulación es clorhidrato de
N,N,N-trialilamina.
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