ES2211166T3 - Un procedimiento para la fabricacion de papel. - Google Patents
Un procedimiento para la fabricacion de papel.Info
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Abstract
Un procedimiento para la producción de papel a partir de una suspensión que contiene fibras celulósicas, y cargas opcionales, que comprende: añadir a la suspensión agentes auxiliares de drenaje y retención que comprenden un polímero orgánico catiónico y material en forma de micropartículas aniónicas, conformar y deshidratar la suspensión sobre una cinta sinfín, caracterizado porque el polímero orgánico, catiónico, tiene un grupo hidrófobo no aromático que es un grupo alquilo que contiene al menos 3 átomos de carbono, seleccionado de: n-propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, terc-butilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, nonilo, decilo, undecilo y dodecilo y que la suspensión que se deshidrata sobre la cinta sinfín, tiene una conductividad de al menos 2, 0 mS/cm.
Description
Un procedimiento para la fabricación de
papel.
Esta invención se refiere a fabricación de papel
y más específicamente a un procedimiento para la producción de papel
en que se añade un polímero orgánico catiónico que tiene un grupo
hidrófobo y un material en forma de micropartículas, aniónicas, a
una pasta papelera para fabricación de papel. El procedimiento
proporciona drenaje y retención mejorados.
En la técnica de la fabricación de papel, se
alimenta una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, y
cargas y aditivos opcionales, referidos como pasta papelera, a una
cámara inicial que expulsa la pasta papelera sobre una cinta sinfín
de conformación. Se drena agua de la pasta papelera por la cinta
sinfín de conformación, a fin de que se forme una banda de papel
húmedo sobre la cinta sinfín y la banda se deshidrata y se seca
además en la sección de secado de la máquina de papel. El agua
obtenida por deshidratación de la pasta papelera, referida como
aguas blancas, que normalmente contiene partículas finas, por
ejemplo, fibras finas, cargas y aditivos, se recircula normalmente
en el procedimiento de fabricación de papel. Los agentes auxiliares
de drenaje y retención se introducen convencionalmente en la pasta
papelera para facilitar el drenaje y aumentar la adsorción de
partículas finas sobre las fibras celulósicas, a fin de que se
retengan con las fibras sobre la cinta sinfín. Los polímeros
orgánicos catiónicos, como polímeros a base de almidón catiónicos y
de acrilamida catiónicos, se usan ampliamente como agentes
auxiliares de drenaje y retención. Se pueden usar estos polímeros
solos, pero se usan con más frecuencia junto con otros polímeros y/o
con materiales en forma de micropartículas, aniónicas, tales como,
por ejemplo, partículas inorgánicas aniónicas como sílice coloidal y
bentonita.
Las patentes de EE.UU. Nos. 4.980.025; 5.368.833;
5.603.805; 5.607.552 y 5.858.174; así como la solicitud de patente
internacional Nº WO 97/18.351, describen el uso de polímeros a base
de acrilamida, catiónicos y anfóteros, y partículas inorgánicas
aniónicas como aditivos de pasta papelera en fabricación de papel.
Estos aditivos están entre los agentes auxiliares de drenaje y
retención más eficaces en uso hoy en día. Se describen sistemas
similares en las solicitudes de patente europeas Nos. 805.234 y
335.575. Se usan polímeros aniónicos en sistemas que se describen en
las patentes de EE.UU. Nos. 4.250.269 y 5.098.520; así como en la
solicitud de patente internacional Nº WO 95/02.088.
De acuerdo con la presente invención se ha
encontrado que se pueden obtener drenaje y retención mejorados,
usando agentes auxiliares de drenaje y retención que comprenden un
polímero orgánico catiónico que tiene un grupo hidrófobo y un
material en forma de micropartículas aniónicas. Más específicamente,
la presente invención se refiere a un procedimiento para la
producción de papel a partir de una suspensión que contiene fibras
celulósicas, y opcionalmente cargas, que comprende: añadir a la
suspensión un polímero orgánico catiónico y un material en forma de
micropartículas aniónicas, conformar y deshidratar la suspensión
sobre una cinta sinfín, en la que el polímero orgánico catiónico
tiene un grupo hidrófobo no aromático, que es un grupo alquilo que
contiene al menos 3 átomos de carbono, seleccionado de:
n-propilo, isopropilo, n-butilo,
isobutilo, terc-butilo, pentilo, hexilo, heptilo,
octilo, nonilo, decilo, undecilo y dodecilo y que la suspensión que
se deshidrata sobre la cinta sinfín tiene una conductividad de, al
menos, 2,0 mS/cm. En un aspecto preferido de la invención, el
procedimiento además comprende: conformar y deshidratar la
suspensión sobre una cinta sinfín para obtener una banda húmeda que
contiene fibras celulósicas, o papel, y aguas blancas, recircular
las aguas blancas y opcionalmente introducir agua fresca para formar
una suspensión que contiene fibras celulósicas, y cargas opcionales,
que se tiene que deshidratar para formar papel, en el que la
cantidad de agua fresca introducida es menor que 30 toneladas por
tonelada de papel seco producido. La invención, por lo tanto, se
refiere a un procedimiento como se define además en las
reivindicaciones.
El procedimiento de esta invención da como
resultado drenaje y/o retención mejorados y por esto el presente
procedimiento hace posible aumentar la velocidad de la máquina de
papel y usar una dosis menor de aditivos para dar un efecto de
drenaje y retención correspondiente, conduciendo de ese modo a un
procedimiento de fabricación de papel mejorado y a beneficios
económicos. El procedimiento de esta invención se usa
convenientemente para el tratamiento de suspensiones celulósicas en
molinos cerrados, en los que las aguas blancas se recirculan
repetidamente, con la introducción de solo cantidades bajas de agua
fresca. El procedimiento se aplica convenientemente además, a
procedimientos de fabricación de papel usando suspensiones
celulósicas con alto contenido en sales, y por lo tanto con altos
niveles de conductividad, por ejemplo, procedimientos con
recirculación de aguas blancas extensa y suministro de agua fresca
limitado y/o procedimientos que usan agua fresca con alto contenido
en sales.
El polímero orgánico catiónico que tiene un grupo
hidrófobo, de acuerdo con esta invención, también referido en la
presente memoria como "polímero principal", puede ser lineal,
ramificado o reticulado, por ejemplo, en forma de un material en
forma de micropartículas, preferiblemente esencialmente lineal.
Preferiblemente el polímero principal es soluble en agua o
dispersable en agua. El grupo hidrófobo del polímero principal no es
aromático y puede ser un grupo colgante unido al esqueleto del
polímero (cadena principal) o, preferiblemente, un grupo hidrófobo
unido a un heteroátomo, por ejemplo, nitrógeno u oxígeno, estando el
nitrógeno opcionalmente cargado, heteroátomo que, a su vez, puede
estar unido al esqueleto del polímero, por ejemplo, vía una cadena
de átomos. El grupo hidrófobo tiene al menos 2 y normalmente al
menos 3 átomos de carbono, convenientemente de 3 a 12 y
preferiblemente de 4 a 8 átomos de carbono. El grupo hidrófobo es
convenientemente una cadena hidrocarbonada. Los ejemplos de grupos
hidrófobos convenientes incluyen: grupos alquilo lineales,
ramificados y cíclicos como: etilo; propilo, por ejemplo,
n-propilo e isopropilo; butilo, por ejemplo,
n-butilo, isobutilo y terc-butilo;
pentilo, por ejemplo, n-pentilo, neopentilo e
isopentilo; hexilo, por ejemplo, n-hexilo y
ciclohexilo; heptilo, por ejemplo, n-heptilo y
cicloheptilo; octilo, por ejemplo, n-octilo; nonilo,
por ejemplo, n-nonilo; decilo, por ejemplo,
n-decilo; undecilo, por ejemplo,
n-undecilo y dodecilo, por ejemplo,
n-dodecilo. Se prefieren en general los grupos
alquilo de cadena lineal y ramificada.
Se puede seleccionar el polímero principal a
partir de homopolímeros y copolímeros preparados a partir de uno o
más monómeros que comprenden al menos un monómero con un grupo
hidrófobo, convenientemente un monómero etilénicamente insaturado y
el polímero principal es preferiblemente un polímero de adición
vinílico. La terminología "polímero de adición vinílico", como
se usa en la presente memoria, se refiere a un polímero preparado
por polimerización de adición de monómeros vinílicos o monómeros
etilénicamente insaturados que incluyen, por ejemplo, monómeros a
base de acrilamida y a base de acrilato.
De acuerdo con una primera realización de esta
invención, los polímeros principales convenientes incluyen polímeros
de adición vinílicos, catiónicos, obtenidos por polimerización de un
monómero catiónico que tiene un grupo hidrófobo no aromático o una
mezcla de monómeros que comprende tal monómero. Preferiblemente el
monómero catiónico con un grupo hidrófobo, no aromático, se
representa por la fórmula general (I):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno H o, preferiblemente, un grupo alquilo que
tiene de 1 a 3 átomos de carbono, convenientemente 1 a 2 átomos de
carbono; A es O o NH; B es un grupo alquileno de 2 a 8 átomos de
carbono, convenientemente 2 a 4 átomos de carbono o un grupo
hidroxipropileno; R_{4} es un sustituyente que contiene un grupo
hidrófobo, convenientemente un grupo hidrocarbonado no aromático que
contiene al menos 2 átomos de carbono, convenientemente de 3 a 12 y
preferiblemente de 4 a 8 átomos de carbono; y X^{-} es un
contraión aniónico, normalmente un haluro como cloruro. El grupo
R_{4} normalmente comprende y, preferiblemente, se selecciona de
cualquiera de los grupos alquilo lineales, ramificados o cíclicos
mencionados anteriormente y el número total de átomos de carbono de
los grupos R_{2}, R_{3} y R_{4} es normalmente al menos 4,
convenientemente al menos 5 y preferiblemente al menos 6. Los
ejemplos de monómeros catiónicos convenientes que tienen un grupo
hidrófobo no aromático incluyen: cloruro de
(met)acriloxietil-N,N-dimetil-N-n-butilamonio,
cloruro de
(met)acriloxiaminoetil-N,N-dimetil-N-n-butilamonio,
cloruro de
(met)acriloxipropil-N,N-dimetil-N-terc-butilamonio,
cloruro de
(met)acriloxiaminopropil-N,N-dimetil-N-terc-butilamonio,
cloruro de
(met)acriloxiaminopropil-N,N-dimetil-N-n-hexilamonio,
cloruro de
(met)acriloxietil-N,N-dimetil-N-n-hexilamonio,
cloruro de
(met)acriloxietil-N,N-dimetil-N-metilciclohexilamonio
y cloruro de
(met)acriloxiaminopropil-N,N-dimetil-N-metilciclohexilamonio.
El polímero principal puede ser un homopolímero
preparado a partir de un monómero catiónico con un grupo hidrófobo
no aromático o un copolímero preparado a partir de una mezcla de
monómeros que comprende un monómero catiónico con un grupo hidrófobo
no aromático y uno o más monómeros copolimerizables. Los monómeros
no iónicos copolimerizables convenientes, incluyen monómeros
representados por la fórmula general (II):
\vskip1.000000\baselineskip
en la que R_{1} es H o CH_{3}; A es O o NH; B
es un grupo alquileno de 2 a 8 átomos de carbono, convenientemente 2
a 4 átomos de carbono o un grupo hidroxipropileno o,
alternativamente, A y B no son nada por lo que haya un enlace
sencillo entre C y N (O=C-NR_{5}R_{6}); R_{5}
y R_{6} son cada uno H o un sustituyente que contiene un grupo
hidrófobo, convenientemente un grupo hidrocarbonado, preferiblemente
alquilo, que tiene de 1 a 6, convenientemente de 1 a 4 y normalmente
de 1 a 3 átomos de carbono. Los ejemplos de monómeros
copolimerizables convenientes, de este tipo, incluyen:
(met)acrilamida; monómeros a base de acrilamida como
N-alquil(met)acrilamidas y N,
N-dialquil(met)acrilamidas, por
ejemplo, N,n-propilacrilamida,
N-isopropil(met)acrilamida,
N,n-butil(met)acrilamida,
N-isobutil(met)acrilamida y
N-terc-butil(met)acrilamida
y dialquilaminoalquil(met)acrilamidas, por ejemplo,
dimetilaminoetil(met)acrilamida,
dietilaminoetil(met)acrilamida,
dimetilaminopropil(met)acrilamida y
dietilaminopropil(met)acrilamida, monómeros a base de
acrilato como (met)acrilatos de dialquilaminoalquilo, por
ejemplo, (met)acrilato de dimetilaminoetilo,
(met)acrilato de dietilaminoetilo, (met)acrilato de
terc-butilaminoetilo y acrilato de
dimetilaminohidroxipropilo; y vinilamidas, por ejemplo,
N-vinilformamida y
N-vinilacetamida. Los monómeros no iónicos
copolimerizables, preferidos, incluyen acrilamida y metacrilamida,
es decir, (met)acrilamida, y el polímero principal es
preferiblemente un polímero a base de acrilamida.
Los monómeros catiónicos copolimerizables
convenientes incluyen los monómeros representados por la fórmula
general (III):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno H o, preferiblemente, un grupo alquilo que
tiene de 1 a 3 átomos de carbono, convenientemente 1 a 2 átomos de
carbono; A es O o NH; B es un grupo alquileno de 2 a 8 átomos de
carbono, convenientemente 2 a 4 átomos de carbono o un grupo
hidroxipropileno; R_{7} es H, un grupo hidrocarbonado,
convenientemente alquilo, que tiene de 1 a 3 átomos de carbono,
convenientemente 1 a 2 átomos de carbono o un sustituyente que
contiene un grupo aromático, convenientemente un grupo fenilo o
fenilo sustituido, que puede estar unido al nitrógeno por medio de
un grupo alquileno que tiene normalmente de 1 a 3 átomos de carbono,
convenientemente 1 a 2 átomos de carbono, por ejemplo, un grupo
bencilo (-CH_{2}-C_{6}H_{5}) o un grupo
feniletilo
(-CH_{2}-CH_{2}-C_{6}
H_{5}); y X^{-} es un contraión aniónico, normalmente
metilsulfato o un haluro como cloruro. Los ejemplos de monómeros
copolimerizables catiónicos, convenientes, incluyen sales de adición
ácidas y sales de amonio cuaternario de las
dialquilaminoalquil(met)acrilamidas y
(met)acrilatos de dialquilaminoalquilo mencionados
anteriormente, normalmente preparados usando ácidos como: HCl,
H_{2}SO_{4}, etc., o agentes de cuaternización como: cloruro de
metilo, sulfato de dimetilo, cloruro de bencilo, etc., y haluros de
dialil dialquilamonio como cloruro de dialil dimetilamonio. También
se pueden emplear monómeros aniónicos copolimerizables como: ácido
acrílico, ácido metacrílico, diversos monómeros de adición vinílicos
sulfonados, etc., y, preferiblemente, en cantidades
minoritarias.
De acuerdo con una segunda realización de esta
invención, los polímeros principales convenientes incluyen polímeros
de adición vinílico, catiónicos, obtenidos por polimerización de una
mezcla de monómeros que comprende al menos un monómero
etilénicamente insaturado, no catiónico, que tiene un grupo
hidrófobo no aromático y al menos un monómero etilénicamente
insaturado, catiónico, siendo el grupo hidrófobo no aromático como
se definió anteriormente, y esta invención además se refiere a un
polímero de adición vinílico, catiónico, que tiene un grupo
hidrófobo no aromático, su preparación y uso, como se define
adicionalmente en las reivindicaciones. Los monómeros no catiónicos
convenientes que tienen un grupo hidrófobo no aromático incluyen
monómeros no iónicos, preferiblemente un monómero no iónico
representado por la fórmula general (IV):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; A es O o NH; B
es un grupo alquileno de 2 a 8 átomos de carbono, convenientemente 2
a 4 átomos de carbono o un grupo hidroxipropileno o,
alternativamente, A y B no son nada por lo que haya un enlace
sencillo entre C y N (O=C-NR_{8}R_{9}); R_{8}
y R_{9} son cada uno H o un sustituyente que contiene un grupo
hidrófobo, convenientemente un grupo hidrocarbonado, preferiblemente
alquilo, que tiene de 1 a 6 átomos de carbono, siendo al menos uno
de R_{8} y R_{9} un sustituyente que contiene un grupo
hidrófobo, convenientemente un grupo alquilo, que tiene de 2 a 6 y
preferiblemente 3 a 4 átomos de carbono. El número total de átomos
de carbono de los grupos R_{8} y R_{9} es normalmente al menos
2, convenientemente al menos 3 y en particular de 3 a 6. Los
ejemplos de monómeros copolimerizables convenientes de este tipo
incluyen: monómeros a base de acrilamida como
N-alquil(met)acrilamidas, por ejemplo,
N-etil(met)acrilamida,
N,n-propil(met)acrilamida,
N-isopropil(met)acrilamida,
N,n-butil(met)acrilamida,
N-terc-butil(met)acrilamida,
N-isobutil(met)acrilamida,
N,n-butoximetil(met)acrilamida, y
N-isobutoximetil(met)acrilamida;
N-alquilaminoalquil(met)acrilamidas;
N,
N-dialquilaminoalquil(met)acrilamidas,
así como monómeros a base de acrilato como (met)acrilatos de
N-alquilaminoalquilo y (met)acrilatos de N,
N-dialquilaminoalquilo, por ejemplo,
(met)acrilato de
terc-butilamino-2-etilo.
Los monómeros no catiónicos convenientes,
adicionales, que tienen un grupo hidrófobo no aromático incluyen
monómeros no iónicos representados por la fórmula general (V):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; A es O o NH; B
es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de carbono, convenientemente 2
a 3 átomos de carbono, preferiblemente etileno
(-CH_{2}-CH_{2}-) o propileno
(-CH_{2}-CH(CH_{3})- o
-CH(CH_{3})-CH_{2}-); n es un número
entero de, al menos 1, convenientemente de 2 a 40 y preferiblemente
3 a 20; R_{10} es un sustituyente que contiene un grupo hidrófobo,
convenientemente alquilo, que tiene al menos 2 átomos de carbono,
convenientemente de 3 a 12 y preferiblemente de 4 a 8 átomos de
carbono. Los ejemplos de monómeros copolimerizables convenientes de
este tipo incluyen: (met)acrilatos de alquil(mono-,
di- y polietilenglicol) y (met)acrilatos de
alquil(mono-, di- y polipropilenglicol), por ejemplo,
(met)acrilato de etiltriglicol y (met)acrilato de
butildiglicol.
El monómero catiónico se puede seleccionar de
cualquiera de los monómeros catiónicos mencionados anteriormente,
incluyendo los monómeros catiónicos representados por las fórmulas
generales (I) y (III), así como haluros de dialil dialquilamonio
como cloruro de dialil dimetilamonio. La mezcla de monómeros de
acuerdo con la segunda realización, también puede comprender otros
monómeros copolimerizables tales como, por ejemplo, los monómeros no
iónicos representados por la fórmula general (II) anterior, que
pueden no tener un grupo hidrófobo, convenientemente acrilamida y
metacrilamida y los monómeros aniónicos mencionados
anteriormente.
Los polímeros principales de acuerdo con esta
invención se pueden preparar a partir de una mezcla de monómeros
que, en general, comprende de 1 a 99% en moles, convenientemente de
2 a 50% en moles y preferiblemente de 5 a 25% en moles de monómero
con un grupo hidrófobo no aromático y de 99 a 1% en moles,
convenientemente de 98 a 50% en moles y preferiblemente de 95 a 75%
en moles de otros monómeros copolimerizables que preferiblemente
comprenden acrilamida o metacrilamida ((met)acrilamida),
comprendiendo la mezcla de monómeros convenientemente de 98 a 50% en
moles y preferiblemente de 95 a 75% en moles de
(met)acrilamida, siendo la suma de porcentajes 100. De
acuerdo con la primera realización de esta invención, el monómero
que tiene un grupo hidrófobo no aromático es catiónico. De acuerdo
con la segunda realización de esta invención, el monómero que tiene
un grupo hidrófobo no aromático es no catiónico y la mezcla de
monómeros, por lo tanto, también comprende un monómero catiónico
copolimerizable que convenientemente está presente en una cantidad
de 2 a 50% en moles y preferiblemente de 5 a 25% en moles.
El polímero principal de acuerdo con esta
invención, se puede preparar por polimerización de monómeros de
manera conocida y la polimerización se lleva a cabo convenientemente
en una fase acuosa o de emulsión inversa. El (los)
monómero(s) usado(s), incluyendo el monómero que tiene
un grupo hidrófobo descrito anteriormente, es (son) preferiblemente
al menos soluble(s) en parte en la fase acuosa. Los
procedimientos de polimerización se conocen en general en la técnica
y se hace referencia a la Encyclopedia of Polymer Science and
Engineering, vol. 1-18, John Wiley & Sons,
1.985. La polimerización se inicia convenientemente en una fase
acuosa que contiene monómeros, un iniciador de polimerización por
radicales libres convencional y opcionalmente un agente de
transferencia de cadena por modificación del peso molecular del
polímero; y se lleva a cabo convenientemente en ausencia de oxígeno,
en una atmósfera de gas inerte, por ejemplo, en nitrógeno. La
polimerización tiene lugar convenientemente con agitación, a
temperaturas entre 20 y 100ºC, preferiblemente entre 40 y 90ºC.
Normalmente la densidad de carga del polímero
principal es de 0,2 a 5,0 meq/g de polímero seco, convenientemente
de 0,6 a 3,0. El peso molecular medio ponderal de polímeros
principales sintéticos es normalmente, al menos aproximadamente
500.000, convenientemente por encima de aproximadamente 1.000.000 y
preferiblemente por encima de aproximadamente 2.000.000. El límite
superior no es crítico, puede ser aproximadamente 30.000.000,
normalmente 25.000.000 y convenientemente 20.000.000.
El polímero principal de esta invención puede
estar en un estado de agregación tal como por ejemplo, en forma
sólida, por ejemplo, polvos, en forma líquida, por ejemplo,
soluciones, emulsiones, dispersiones, incluyendo dispersiones de
sales, etc. Cuando se está añadiendo a la pasta papelera, el
polímero principal está convenientemente en forma líquida, por
ejemplo, en forma de solución o dispersión acuosa.
Se puede seleccionar el material en forma de
micropartículas, aniónicas, de acuerdo con esta invención, de
partículas inorgánicas y orgánicas. Las partículas inorgánicas
aniónicas que se pueden usar de acuerdo con la invención, incluyen
partículas a base de sílice, aniónicas, y arcillas del tipo
esmectita. Se prefiere que las partículas inorgánicas aniónicas
estén en el intervalo coloidal de tamaño de partícula. Se usan
preferiblemente partículas a base de sílice, aniónicas, es decir,
partículas basadas en SiO_{2} o ácido silícico, y tales partículas
se suministran normalmente en forma de dispersiones coloidales
acuosas denominadas coloides líquidos. Los ejemplos de partículas a
base de sílice convenientes incluyen sílice coloidal y diferentes
tipos de poli(ácido silícico). Los coloides líquidos a base de
sílice también se pueden modificar y contienen otros elementos, por
ejemplo, aluminio y/o boro, que pueden estar presentes en la fase
acuosa y/o en las partículas a base de sílice. Las partículas a base
de sílice convenientes, de este tipo, incluyen sílice modificada de
aluminio coloidal y silicatos de aluminio. También se pueden usar
mezclas de tales partículas a base de sílice convenientes. Los
agentes auxiliares de drenaje y retención que comprenden partículas
a base de sílice, aniónicas, convenientes, se describen en las
patentes de EE.UU. Nos. 4.388.150; 4.927.498; 4.954.220; 4.961.825;
4.980.025; 5.127.994; 5.176.891; 5.368.833; 5.447.604; 5.470.435;
5.543.014; 5.571.494; 5.573.674; 5.584.966; 5.603.805; 5.688.482 y
5.707.493.
Las partículas a base de sílice, aniónicas,
tienen convenientemente un tamaño de partícula medio por debajo de
aproximadamente 50 nm, preferiblemente por debajo de aproximadamente
20 nm y más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 1 a
aproximadamente 10 nm. Como es tradicional en química de sílice, el
tamaño de partícula se refiere al tamaño medio de las partículas
primarias, que pueden estar agregadas o no agregadas. La superficie
específica de las partículas a base de sílice está convenientemente
por encima de 50 m^{2}/g y preferiblemente por encima de 100
m^{2}/g. En general, la superficie específica puede ser hasta
aproximadamente 1.700 m^{2}/g y preferiblemente hasta 1.000
m^{2}/g. Se puede medir la superficie específica por medio de
valoración con NaOH de manera conocida, por ejemplo, como se
describe por Sears en Analytical Chemistry 28 (1.956): 12.
1.981-1.983 y en la patente de EE.UU. Nº 5.176.891.
El área dada representa, por lo tanto, la superficie específica
media de las partículas.
En una realización preferida de la invención, las
partículas inorgánicas aniónicas son partículas a base de sílice con
una superficie específica dentro del intervalo de 50 a 1.000
m^{2}/g, preferiblemente de 100 a 950 m^{2}/g. Los coloides
líquidos de estos tipos de partículas a base de sílice, también
incluyen coloides líquidos modificados como coloides líquidos a base
de sílice que contienen aluminio y coloides líquidos a base de
sílice que contienen boro. Preferiblemente, las partículas a base de
sílice están presentes en un coloide líquido que tiene un valor de S
en el intervalo de 8 a 45%, preferiblemente de 10 a 30%, que
contiene partículas a base de sílice con una superficie específica
en el intervalo de 300 a 1.000 m^{2}/g, convenientemente de 500 a
950 m^{2}/g y preferiblemente de 750 a 950 m^{2}/g, coloides
líquidos que se pueden modificar con aluminio y/o boro como se
mencionó anteriormente. Por ejemplo, las partículas se pueden
modificar superficialmente con aluminio a un grado de 2 a 25% de
sustitución de átomos de silicio. El valor de S se puede medir y
calcular como se describe por Iler & Dalton en J. Phys. Chem.
60(1.956), 955-957. El valor de S indica el
grado de formación de agregado o demicrogel y un valor de S más bajo
es indicativo de un grado de agregación más alto.
En aún otra realización preferida de la
invención, las partículas a base de sílice se seleccionan de
poli(ácido silícico) y poli(ácido silícico) modificado con una
superficie especifica alta, convenientemente por encima de
aproximadamente 1.000 m^{2}/g. La superficie específica puede
estar dentro del intervalo de 1.000 a 1.700 m^{2}/g y
preferiblemente de 1.050 a 1.600 m^{2}/g. Los coloides líquidos
de poli(ácido silícico) modificado pueden contener otros elementos,
por ejemplo, aluminio y/o boro, que pueden estar presentes en la
fase acuosa y/o en las partículas a base de sílice. En la técnica el
poli(ácido silícico) también se refiere como ácido silícico
polimérico, microgel de poli(ácido silícico), polisilicato y
microgel de polisilicato, que están todos incluidos por la
terminología poli(ácido silícico) usada en la presente memoria. Los
compuestos que contienen aluminio de este tipo se refieren
comúnmente también como polialuminosilicato y microgel de
polialuminosilicato, que están ambos incluidos por las terminologías
sílice modificada de aluminio coloidal y silicato de aluminio usados
en la presente memoria.
Las arcillas del tipo esmectita que se pueden
usar en el procedimiento de la invención se conocen en la técnica e
incluyen materiales que se encuentran en la naturaleza, sintéticos y
tratados químicamente. Los ejemplos de arcillas de esmectita
convenientes incluyen: montmorillonita/bentonita, hectorita,
beidelita, nontronita y saponita, preferiblemente bentonita y
especialmente bentonita tal que después de hinchamiento tiene
preferiblemente una superficie específica de 400 a 800 m^{2}/g.
Las arcillas adecuadas se describen en las patentes de EE.UU. Nos.
4.753.710; 5.071.512 y 5.607.552.
Las partículas orgánicas aniónicas que se pueden
usar de acuerdo con la invención incluyen: polímeros de adición
vinílicos, aniónicos, altamente reticulados, convenientemente
copolímeros que comprenden un monómero aniónico como ácido acrílico,
ácido metacrílico y monómeros de adición vinílicos sulfonados o
fosfonados, normalmente copolimerizados con monómeros no iónicos
como: (met)acrilamida, (met)acrilatos de alquilo, etc.
Las partículas orgánicas aniónicas, útiles, también incluyen
polímeros de condensación aniónicos, por ejemplo, coloides líquidos
de melamina-ácido sulfónico.
Además del polímero orgánico catiónico que tiene
un grupo hidrófobo y el material en forma de micropartículas
aniónicas, los agentes auxiliares de drenaje y retención (agentes)
de acuerdo con la presente invención, también pueden comprender
componentes adicionales tales como, por ejemplo, polímeros orgánicos
catiónicos de bajo peso molecular y/o compuestos de aluminio. La
terminología "agentes auxiliares de drenaje y retención", como
se usa en la presente memoria, se refiere a dos o más componentes
(agentes auxiliares, agentes o aditivos) que, cuando están añadidos
a una pasta papelera, dan mejor drenaje y/o retención de lo que se
obtiene cuando no están añadidos los componentes.
Los polímeros orgánicos catiónicos de bajo peso
molecular (de ahora en adelante BPM) que se pueden usar incluyen los
comúnmente referidos y usados como captadores de impurezas aniónicas
(ATC, por sus siglas en inglés). Los ATCs se conocen en la técnica
como agentes de neutralización y/o de fijación para sustancias
aniónicas perjudiciales, presentes en la pasta papelera y el uso de
los mismos junto con agentes auxiliares de drenaje y retención, con
frecuencia proporciona drenaje y/o retención mejorados, adicionales.
El polímero orgánico catiónico de BPM puede proceder de fuentes
naturales o sintéticas y preferiblemente es un polímero sintético de
BPM. Los polímeros orgánicos convenientes de este tipo incluyen
polímeros orgánicos catiónicos altamente cargados de BPM tales como:
poliaminas, poliamidoaminas, polietileniminas, homo- y copolímeros
basados en cloruro de dialil dimetilamonio, (met)acrilamidas
y(met)acrilatos. En relación con el peso molecular del
polímero principal, el peso molecular del polímero orgánico
catiónico de BPM es normalmente inferior, es convenientemente al
menos 2.000 y preferiblemente al menos 10.000. El límite superior
del peso molecular es normalmente aproximadamente 700.000,
convenientemente aproximadamente 500.000 y preferiblemente
aproximadamente 200.000.
Los compuestos de aluminio que se pueden usar de
acuerdo con esta invención incluyen: alumbre, aluminatos, cloruro de
aluminio, nitrato de aluminio y poli(compuestos de aluminio),
tales como poli(cloruros de aluminio), poli(sulfatos
de aluminio), poli(compuestos de aluminio) que contienen
iones tanto cloruro como sulfato,
poli(silicato-sulfatos de aluminio) y mezclas
de los mismos. Los poli(compuestos de aluminio) también
pueden contener otros aniones distintos de iones cloruro, por
ejemplo, aniones de: ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácidos
orgánicos tales como ácido cítrico y ácido oxálico.
Los componentes de agentes auxiliares de drenaje
y retención, de acuerdo con la invención, se pueden añadir a la
pasta papelera de manera convencional y en cualquier orden. Se
prefiere añadir el polímero principal a la pasta papelera antes de
añadir el material en forma de micropartículas aniónicas, incluso si
se podía usar el orden opuesto de adición. Se prefiere además añadir
el polímero principal antes de una etapa de cizallamiento, que se
puede seleccionar de: bombeo, mezclado, limpieza, etc., y añadir las
partículas aniónicas después de esa etapa de cizallamiento. Cuando
se usa un polímero orgánico catiónico de BPM y/o un compuesto de
aluminio, tales componentes se introducen preferiblemente en la
pasta papelera previamente a la introducción del polímero principal
y el material en forma de micropartículas aniónico.
Alternativamente, se pueden introducir el polímero orgánico
catiónico de BPM y el polímero principal, en la pasta papelera,
esencialmente simultáneamente, bien por separado o en mezcla, por
ejemplo, como se describe en la patente de EE.UU. Nº 5.858.174.
Los componentes de los agentes auxiliares de
drenaje y retención presentes, se añaden en la pasta papelera que se
tiene que deshidratar en cantidades que pueden variar dentro de
límites amplios dependiendo de, entre otras cosas, el tipo y el
número de componentes, tipo de pasta de papel, contenido de carga,
tipo de carga, punto de adición, contenido de sal, etc. En general,
los componentes se añaden en una cantidad que da mejor drenaje y/o
retención de lo que se obtiene cuando no se añaden los componentes.
El polímero principal se añade normalmente en una cantidad de, al
menos 0,001%, con frecuencia al menos 0,005% en peso, basado en
sustancia de pasta papelera, seca, y el límite superior es
normalmente 3% y convenientemente 1,5% en peso. El material en forma
de micropartículas aniónicas se añade normalmente en una cantidad
de, al menos 0,001% en peso, con frecuencia al menos 0,005% en peso,
basado en sustancia seca de la pasta papelera, y el límite superior
es normalmente 1,0% y convenientemente 0,6% en peso. Cuando se usan
partículas a base de sílice, aniónicas, la cantidad total añadida
está convenientemente dentro del intervalo de 0,005 a 0,5% en peso,
calculado como SiO_{2} y basado en sustancia de pasta papelera,
seca, preferiblemente dentro del intervalo de 0,01 a 0,2% en peso.
Cuando se usa un polímero orgánico catiónico de BPM en el
procedimiento, se puede añadir en una cantidad de, al menos 0,05%,
basado en sustancia seca de la pasta papelera que se tiene que
deshidratar. Convenientemente, la cantidad está en el intervalo de
0,07 a 0,5%, preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 0,35%. Cuando
se usa un compuesto de aluminio en el procedimiento, la cantidad
total introducida en la pasta papelera que se tiene que deshidratar
depende del tipo de compuesto de aluminio usado y de otros efectos
deseados de él. Se conoce bien, por ejemplo, en la técnica utilizar
compuestos de aluminio como agentes precipitantes para productos de
encolado a base de colofonia. La cantidad total añadida es
normalmente al menos 0,05%, calculado como Al_{2}O_{3} y basado
en sustancia de pasta papelera, seca. Convenientemente la cantidad
está en el intervalo de 0,5 a 3,0%, preferiblemente en el intervalo
de 0,1 a 2,0%.
El procedimiento de la invención se usa
preferiblemente en la fabricación de papel, a partir de una
suspensión que contiene fibras celulósicas y opcionalmente cargas,
que tiene una alta conductividad. Normalmente, la conductividad de
la pasta papelera que está deshidratada sobre la cinta sinfín es, al
menos 2,0 mS/cm, preferiblemente al menos 3,5 mS/cm. Se han
observado muy buenos resultados a niveles de conductividad por
encima de 5,0 mS/cm e incluso por encima de 7,5 mS/cm. Se puede
medir la conductividad por equipo estándar tal como, por ejemplo, un
instrumento WTW LF 539 suministrado por Christian Berner. Los
valores referidos anteriormente, se determinan convenientemente
midiendo la conductividad de la suspensión celulósica que se
alimenta a, o está presente en, la cámara inicial de la máquina de
papel o, alternativamente, midiendo la conductividad de las aguas
blancas obtenidas por deshidratación de la suspensión. Los niveles
altos de conductividad quieren decir contenidos altos de sales
(electrolitos), en que las diversas sales pueden estar basadas en
cationes mono-, di- y multivalentes como metales alcalinos, por
ejemplo, Na^{+} y K^{+}, alcalino-térreos, por
ejemplo, Ca^{2+} y Mg^{2+}, iones aluminio, por ejemplo,
Al^{3+}, Al(OH)^{2+} e iones polialuminio y
aniones mono-, di- y multivalentes como haluros, por ejemplo,
Cl^{-}, sulfatos, por ejemplo, SO_{4}^{2-} e HSO_{4}^{-};
carbonatos, por ejemplo, CO_{3}^{2-} y HCO_{3}^{-};
silicatos y ácidos orgánicos inferiores. La invención es
particularmente útil en la fabricación de papel a partir de pastas
papeleras que tienen alto contenido en sales de cationes di- y
multivalentes, y normalmente este contenido es, al menos 200 ppm,
convenientemente al menos 300 ppm y preferiblemente al menos 400
ppm. Las sales pueden proceder de las fibras celulósicas y cargas
usadas para formar la pasta papelera, en particular en molinos
integrados en que se mezcla una suspensión de fibras acuosa,
concentrada, de la fábrica de pasta, normalmente con agua, para
formar una suspensión diluida conveniente para fabricación de papel
en el molino de papel. La sal también puede proceder de diversos
aditivos introducidos en la pasta papelera a partir del agua fresca
suministrada al procedimiento, o se puede añadir deliberadamente,
etc. Además, el contenido de sales es normalmente superior en
procedimientos donde se recirculan aguas blancas extensamente, que
puede conducir a acumulación considerable de sales en el agua que
circula en el procedimiento.
De acuerdo con esto, la invención se usa
convenientemente además en procedimientos de fabricación de papel
donde se recirculan aguas blancas extensamente (recirculado), es
decir, con un alto grado de inyección de aguas blancas, por ejemplo,
donde se usan de 0 a 30 toneladas de agua fresca por tonelada de
papel seco producido, normalmente menor que 20, convenientemente
menor que 15, preferiblemente menor que 10 y en particular menor que
5 toneladas de agua fresca por tonelada de papel. La recirculación
de aguas blancas obtenidas en el procedimiento, comprende
convenientemente mezclar las aguas blancas con fibras celulósicas
y/o cargas opcionales para formar una suspensión que se tiene que
deshidratar; preferiblemente comprende mezclar las aguas blancas con
una suspensión que contiene fibras celulósicas, y cargas opcionales,
antes de que la suspensión entre en la cinta sinfín de conformación
para deshidratación. Se pueden mezclar las aguas blancas con la
suspensión antes, entre o después de introducir los agentes
auxiliares de drenaje y retención. Se puede introducir agua fresca
en el procedimiento en cualquier etapa; por ejemplo, se puede
mezclar con fibras celulósicas para formar una suspensión, y se
puede mezclar con una suspensión que contenga fibras celulósicas
para diluirlo de manera que se forme la suspensión que se tiene que
deshidratar, antes de o después de mezclar la pasta papelera con
aguas blancas y antes de, entre o después de introducir los agentes
auxiliares de drenaje y retención.
Los aditivos adicionales que son tradicionales en
la fabricación de papel se pueden usar, por supuesto, junto con los
aditivos de acuerdo con la invención, tales como, por ejemplo,
agentes de resistencia en seco, agentes de resistencia en
condiciones húmedas, productos de encolado, por ejemplo, los basados
en colofonia, dímeros de ceteno y anhídridos de ácido, agentes
blanqueantes ópticos, tintes, etc. La suspensión celulósica, o
pasta papelera, también puede contener cargas minerales de tipos
tradicionales tales como, por ejemplo, caolín, arcilla de China,
dióxido de titanio, yeso, talco y carbonatos de calcio naturales y
sintéticos tales como tiza, mármol molido y carbonato de calcio
precipitado.
El procedimiento de esta invención se usa para la
producción de papel. La terminología "papel", como se usa en la
presente memoria, no sólo incluye por supuesto papel y la producción
del mismo, sino también otros productos de tipo lámina o banda,
tales como, por ejemplo, tablero y cartón y la producción de los
mismos. Se puede usar el procedimiento en la producción de papel a
partir de diferentes tipos de suspensiones de fibras que contienen
celulosa y las suspensiones deberían contener convenientemente al
menos 25% en peso y preferiblemente al menos 50% en peso de tales
fibras, basado en sustancia seca. Las suspensiones se pueden basar
en fibras de pasta química tal como pastas de sulfato, sulfito y
organosolv, pasta mecánica tal como pasta termomecánica, pasta
quimiotermomecánica, pasta de refinador y pasta de madera desfibrada
tanto a partir de madera dura como de madera blanda y también se
pueden basar en fibras recicladas, opcionalmente a partir de pastas
destintadas y mezclas de las mismas.
La invención se ilustra además en los siguientes
Ejemplos que, sin embargo, no se pretende que limiten la misma. Las
partes y % se refieren a partes en peso y % en peso,
respectivamente, a menos que se indique lo contrario.
Se prepararon polímeros catiónicos por
polimerización de una mezcla de monómeros de acuerdo con el
siguiente procedimiento general:
Se añadieron monómeros y un iniciador,
dihidrocloruro de 2, 2'-azobis
(2-amidinopropano) (Wako V-50), a
una fase acuosa y se llevó a cabo polimerización durante
aproximadamente 24 horas, a 45ºC, con agitación, en atmósfera de
nitrógeno. El polímero catiónico, que se obtuvo como un gel claro,
se disolvió en agua y se usó como solución acuosa al 0,1%.
Los polímeros de acuerdo con la invención, P1 a
P5, y los polímeros deseados para propósitos de comparación, Ref. 1
y Ref. 2, se prepararon a partir de los monómeros indicados en las
cantidades indicadas:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
P1: \+ acrilamida (90% en moles) y\cr \+ cloruro de
acriloxietildimetil n-butilamonio (10% en moles);\cr
P2: \+ acrilamida (90% en moles) y\cr \+ cloruro de
acriloxietildimetil metilciclohexilamonio (10% en moles)\cr P3: \+
acrilamida (90% en moles),\cr \+ \begin{minipage}[t]{150mm}
cloruro de metacriloxiaminopropil trimetilamonio (5% en moles) y
metacriloxietil terc-butil amina (5% en
moles);\end{minipage} \cr P4: \+ acrilamida (90% en moles),\cr
\+ cloruro de metacriloxiaminopropil trimetilamonio (5% en moles) y
N - isopropilacrilamida (5% en moles);\cr P5: \+
acrilamida (90% en moles),\cr \+ cloruro de metacriloxiaminopropil
trimetilamonio (5% en moles) y
N - terc - butilacrilamida (5% en
moles);\cr Ref.1: \+ acrilamida (90% en moles) y\cr \+ cloruro de
acriloxietil trimetilamonio (10% en moles)\cr Ref.2: \+ acrilamida
(95% en moles) y\cr \+ cloruro de acriloxietil trimetilamonio (5%
en
moles).\cr}
Se evaluó la realización de drenaje y retención
por medio de un analizador de drenaje dinámico (ADD), disponible de
Akribi, Suecia, que mide el tiempo para que se drene un volumen dado
de pasta papelera por una cinta sinfín, cuando se retira un tapón y
se aplica vacío a ese lado de la cinta sinfín opuesto al lado en que
está presente la pasta papelera. Se evaluó la retención de un primer
pase midiendo, con un nefelómetro, la turbidez del líquido filtrado,
las aguas blancas, obtenido del drenaje de la pasta papelera.
La pasta de papel usada se basó en 56% en peso de
pasta TMP/SGW (por sus siglas en inglés) blanqueada con peróxido
(80/20), 14% en peso de pasta al sulfato de abedul/pino blanqueada
(60/40) refinada a 200º CSF y 30% en peso de arcilla de China. Se
añadieron a la pasta papelera 40 g/l de una fracción coloidal, agua
de lejía de un molino SC, se filtró por un tamiz de 5 \mum y se
concentró con un filtro UF, se cortaron 200.000. El volumen de pasta
papelera fue 800 ml, la consistencia 0,14% y el pH 7,0. Se ajustó la
conductividad a aproximadamente 2,5 mS/cm por adición de cloruro de
calcio (400 ppm de Ca).
Se agitó la pasta papelera en un recipiente
amortiguado a una velocidad de 157 rad/s (1.500 rpm) durante todo
el ensayo y se llevaron a cabo adiciones como sigue: i) añadir
polímero catiónico a la pasta papelera seguido por agitación durante
30 segundos, ii) añadir material en forma de micropartículas,
aniónicas, a la pasta papelera seguido por agitación durante 15
segundos, iii) drenar la pasta papelera al tiempo que se registra
automáticamente el tiempo de drenaje.
Los polímeros catiónicos ensayados en este
Ejemplo fueron P1 y Ref. 1 de acuerdo con el Ejemplo 1. El material
en forma de micropartículas, aniónicas, usado en este Ejemplo fue un
coloide líquido, de partículas a base de sílice, del tipo descrito
en la patente de EE.UU. Nº 5.368.833. El coloide líquido tenía un
valor de S de aproximadamente 25% y contenía partículas de sílice
con una superficie específica de aproximadamente 900 m^{2}/g que
estaban modificadas superficialmente con aluminio a un grado de 5%.
Se añadió coloide líquido a base de sílice a la pasta papelera en
una cantidad de 1,5 kg/t, calculado como SiO_{2} y basado en
sistema de pasta papelera seca.
La Tabla 1 muestra los valores de tiempo de
drenaje y de retención a diversas dosis de P1 y Ref. 1, calculados
como polímero seco en un sistema de pasta papelera seca (kg/t).
| Polímero | Tiempo de deshidratación (s)/ Turbidez (NTU, por sus siglas en inglés) a la | |||
| Catiónico | dosis de Polímero indicada | |||
| 0,5 kg/t | 1,0 kg/t | 1,5 kg/t | 2,0 kg/t | |
| P1 | 11,6/48 | 8,9/34 | 5,8/32 | 4,7/14 |
| Ref. 1 | 12,0/57 | 9,0/49 | 6,5/36 | 5,1/28 |
En esta serie de ensayos, se evaluó la
realización de deshidratación y retención de acuerdo con el
procedimiento descrito en el Ejemplo 2.
La pasta de papel fue la misma que se usó en el
Ejemplo 2. El volumen de pasta papelera fue 800 ml, pH
aproximadamente 7 y se ajustó la conductividad a 7,0 mS/cm por
adición de cloruro de calcio (1.300 ppm de Ca), simulando, por lo
tanto, un alto contenido en electrolito y un alto grado de inyección
de aguas blancas.
El material inorgánico aniónico de acuerdo con el
Ejemplo 2, se usó de manera similar en este Ejemplo y se añadió en
una cantidad de 1,5 kg/t, calculado como SiO_{2} y basado en
sistema de pasta papelera seca.
Los polímeros usados en este Ejemplo fueron P1,
P2 y Ref. 1 de acuerdo con el Ejemplo 1. La Tabla 2 muestra el
efecto de deshidratación y de retención a diversas dosis de P1, P2 y
Ref. 1, calculado como polímero seco sobre sistema de pasta papelera
seca.
| Polímero | Tiempo de deshidratación (s)/ Turbidez (NTU) a dosis de Polímero de: | |||
| Catiónico | 0,5 kg/t | 1,0 kg/t | 1,5 kg/t | 2,0 kg/t |
| P1 | 11,0/- | 8,7/49 | 6,3/40 | 6,0/38 |
| P2 | 10,7/- | 7,9/50 | 6,1/43 | 5,5/32 |
| Ref. 1 | 12,1/- | 9,5/57 | 8,8/47 | 7,8/43 |
En esta serie de ensayos, se evaluó la
realización de drenaje y de retención de acuerdo con el
procedimiento descrito en el Ejemplo 2.
La pasta papelera usada en este Ejemplo fue
similar a la pasta papelera usada de acuerdo con el Ejemplo 3, y
tuvo una conductividad de aproximadamente 7,0 mS/cm (1.300 ppm de
Ca). El material inorgánico aniónico de acuerdo con el Ejemplo 2, se
añadió en una cantidad de 1,5 kg/t, calculado como SiO_{2} y
basado en sistema de pasta papelera seca. Los polímeros usados
fueron P3 y Ref. 1 de acuerdo con el Ejemplo 1.
La Tabla 3 muestra los resultados de los ensayos
de deshidratación a diversas dosis de P3 y Ref. 1, calculados como
polímero seco en sistema de pasta papelera seca.
| Polímero | Tiempo de deshidratación (s) a dosis de Polímero de: | |||
| Catiónico | 0,5 kg/t | 1,0 kg/t | 1,5 kg/t | 2,0 kg/t |
| P3 | 13,2 | 10,0 | 7,4 | 5,6 |
| Ref. 1 | 15,5 | 12,1 | 10,6 | 10,2 |
En esta serie de ensayos, se evaluó la
realización de deshidratación de acuerdo con el procedimiento
descrito en el Ejemplo 2.
La pasta papelera usada en esta serie de ensayos
fue similar a la que está de acuerdo con el Ejemplo 2, y tenía una
conductividad de aproximadamente 2,5 mS/cm. Los polímeros usados
fueron P4, P5 y Ref. 2 de acuerdo con el Ejemplo 1, que se añadieron
en una cantidad de 2 kg/t, calculado como polímero seco en sistema
de pasta papelera seca. El material inorgánico aniónico de acuerdo
con el Ejemplo 2, se usó de manera similar en esta serie de
ensayos.
La Tabla 4 muestra los resultados de los ensayos
de deshidratación a diversas dosis de material inorgánico aniónico,
calculado como SiO_{2} y basado en sistema de pasta papelera
seca.
| Polímero | Tiempo de deshidratación (s) a dosis de SiO_{2} de: | |||
| Catiónico | 0,5 kg/t | 1,0 kg/t | 1,5 kg/t | 2,0 kg/t |
| P4 | 11,3 | 10,1 | 9,8 | 9,1 |
| P5 | 11,8 | 9,5 | 8,8 | 8,5 |
| Ref. 2 | 11,9 | 10,7 | 10,3 | 9,9 |
En esta serie de ensayos, se evaluó la
realización de deshidratación y retención de acuerdo con el
procedimiento descrito en el Ejemplo 2.
La pasta de papel fue la misma que se usó en el
Ejemplo 2. El volumen de pasta papelera fue 800 ml y el pH
aproximadamente 7. Se añadió cloruro de sodio (550 ppm de Na) y
cloruro de calcio a la pasta papelera para ajustar la conductividad
a 5,0 mS/cm (400 ppm de Ca) y 7,0 mS/cm (1.300 ppm de Ca).
Los polímeros P2, P3, Ref. 1 y micropartículas
aniónicas de acuerdo con el Ejemplo 1, se usaron de manera similar
en esta serie de ensayos junto con una poliamina catiónica de bajo
peso molecular. Se añadió la poliamina a la pasta papelera seguido
por agitación durante 30 segundos antes de la adición del polímero a
base de acrilamida catiónica. Se añadió la poliamina en una cantidad
de 3 kg/t, calculado como polímero seco en un sistema de pasta
papelera seca. Los polímeros principales P2, P3 y Ref. 1, se
añadieron en una cantidad de 1,5 kg/t, calculado como polímero seco
en sistema de pasta papelera seca.
La Tabla 5 muestra el efecto de deshidratación y
retención a diversas conductividades y dosis de partículas a base de
sílice, calculado como SiO_{2} y basado en sistema de pasta
papelera seca.
| NºSerie | Dosis de | Conductividad | Tiempo de deshidratación (s)/Turbidez (NTU) | ||
| de Ensayo | SiO_{2}(kg/t) | (mS/cm) | usando el Polímero Catiónico indicado | ||
| P2 | P3 | Ref. 1 | |||
| 1 | 1,5 | 5,0 | 6,9/- | -/39 | 7,2/51 |
| 2 | 1,5 | 7,0 | 16,2/- | -/56 | 24,7/60 |
| 3 | 1,0 | 7,0 | 7,8/- | -/50 | 13,3/55 |
En esta serie de ensayos, se evaluó la
realización de deshidratación y retención de acuerdo con el
procedimiento descrito en el Ejemplo 2.
La pasta de papel fue la misma que se usó en el
Ejemplo 2. El volumen de pasta papelera fue 800 ml y el pH
aproximadamente 7. Se añadieron cantidades variables de cloruro de
sodio a la pasta papelera para ajustar la conductividad a 2,5 mS/cm
(550 ppm de Na). (Series de Ensayo Nos. 1-3), 5,0
mS/cm (1.470 ppm de Na) (Series de Ensayo Nos. 4-6)
y 10,0 mS/cm (3.320 ppm de Na) (Series de Ensayo Nos.
7-9).
Los polímeros catiónicos usados fueron P1 a P3 y
Ref. 1, de acuerdo con el Ejemplo 1. El material en forma de
micropartículas, aniónicas, usado, fue suspensión hidratada de
Na-bentonita en polvo, en agua.
La Tabla 6 muestra el efecto de deshidratación y
retención a diversas dosis de polímero catiónico, calculado como
polímero seco en sistema de pasta papelera seca, y bentonita,
calculado como seco en sistema de pasta papelera seca.
| NºSerie | Dosis de | Dosis de | Tiempo de deshidratación (s)/Turbidez (NTU) | |||
| de | Polímero | Bentonita | usando el Polímero Catiónico indicado | |||
| Ensayo | (kg/t) | (kg/t) | P1 | P2 | P3 | Ref. 1 |
| 1 | 2 | 4 | 6,6/25 | 8,5/- | 7,5/- | 8,9/39 |
| 2 | 2 | 8 | 6,3/29 | 7,9/- | 7,2/- | 8,3/37 |
| 3 | 4 | 8 | 4,2/10 | 4,6/- | 4,9/- | 8,4/15 |
| 4 | 2 | 4 | 7,0/30 | 8,4/- | 8,9/- | 8,8/42 |
| 5 | 2 | 8 | 6,6/28 | 8,0/- | 8,4/- | 8,6/40 |
| 6 | 4 | 8 | 4,8/10 | 5,0/- | 4,8/- | 6,6/28 |
| 7 | 2 | 4 | 7,9/22 | 8,0/- | 8,2/- | 9,1/45 |
| 8 | 2 | 8 | 7,4/30 | 7,2/- | 7,1/- | 8,2/48 |
| 9 | 2 | 8 | 5,2/11 | 4,8/- | 5,2/- | 7,5/28 |
Claims (21)
1. Un procedimiento para la producción de papel a
partir de una suspensión que contiene fibras celulósicas, y cargas
opcionales, que comprende: añadir a la suspensión agentes auxiliares
de drenaje y retención que comprenden un polímero orgánico catiónico
y material en forma de micropartículas aniónicas, conformar y
deshidratar la suspensión sobre una cinta sinfín,
caracterizado porque el polímero orgánico, catiónico, tiene
un grupo hidrófobo no aromático que es un grupo alquilo que contiene
al menos 3 átomos de carbono, seleccionado de:
n-propilo, isopropilo, n-butilo,
isobutilo, terc-butilo, pentilo, hexilo, heptilo,
octilo, nonilo, decilo, undecilo y dodecilo y que la suspensión que
se deshidrata sobre la cinta sinfín, tiene una conductividad de al
menos 2,0 mS/cm.
2. Un procedimiento para la producción de papel a
partir de una suspensión que contiene fibras celulósicas, y cargas
opcionales, que comprende: añadir a la suspensión agentes auxiliares
de drenaje y retención que comprenden un polímero orgánico catiónico
y material en forma de micropartículas aniónicas, conformar y
deshidratar la suspensión sobre una cinta sinfín,
caracterizado porque la suspensión que se deshidrata sobre la
cinta sinfín tiene una conductividad de, al menos 2,0 mS/cm y que el
polímero orgánico, catiónico, comprende en forma polimerizada uno o
más monómeros que comprenden al menos un monómero que tiene un grupo
hidrófobo no aromático seleccionado de:
(i) un monómero catiónico que tiene un grupo
hidrófobo no aromático representado por la fórmula general (I):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno H o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos
de carbono; A es O o NH; B es un grupo alquileno de 2 a 8 átomos de
carbono o un grupo hidroxipropileno; R_{4} es un sustituyente que
contiene un grupo hidrófobo no aromático que contiene de 3 a 12
átomos de carbono; y X^{-} es un contraión
aniónico;
(ii) un monómero no iónico que tiene un grupo
hidrófobo no aromático representado por la fórmula general (IV):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; A es O o NH; B
es un grupo alquileno de 2 a 8 átomos de carbono o un grupo
hidroxipropileno o, alternativamente, A y B no son nada por lo que
haya un enlace sencillo entre C y N
(O=C-NR_{8}R_{9}); R_{8} y R_{9} son cada
uno H o un sustituyente que contiene un grupo hidrófobo no aromático
que tiene de 1 a 6 átomos de carbono, siendo al menos uno de
R_{8}y R_{9} un sustituyente que contiene un grupo hidrófobo que
tiene de 2 a 6 átomos de carbono;
y
(iii) un monómero no iónico que tiene un grupo
hidrófobo no aromático representado por la fórmula general (V):
\vskip1.000000\baselineskip
en la que R_{1} es H o CH_{3}; A es O o NH; B
es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de carbono; n es un número
entero de, al menos 1; R_{10} es un sustituyente que contiene un
grupo hidrófobo que tiene al menos 2 átomos de
carbono.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el polímero
orgánico catiónico es un polímero de adición vinílico que comprende,
en forma polimerizada, al menos un monómero no catiónico que tiene
un grupo hidrófobo no aromático y al menos un monómero
catiónico.
4. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el grupo
hidrófobo está unido a un nitrógeno u oxígeno que, a su vez, está
unido al esqueleto del polímero vía una cadena de átomos.
5. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque el grupo
hidrófobo es un grupo alquilo que contiene de 4 a 8 átomos de
carbono.
6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
polímero orgánico catiónico es un polímero a base de acrilamida.
7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
polímero orgánico catiónico comprende, en forma polimerizada, un
monómero catiónico que tiene un grupo hidrófobo no aromático
representado por la fórmula general (I):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno un grupo alquilo que tiene de 1 a 2 átomos de
carbono; A es O o NH; B es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de
carbono o un grupo hidroxipropileno; R_{4} es un sustituyente que
contiene un grupo alquilo que contiene de 4 a 8 átomos de carbono; y
X^{-} es un contraión
aniónico.
8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
polímero orgánico catiónico comprende, en forma polimerizada, un
monómero no iónico que tiene un grupo hidrófobo no aromático
representado por la fórmula general (IV):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; A es O o NH; B
es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de carbono o un grupo
hidroxipropileno o, alternativamente, A y B no son nada por lo que
haya un enlace sencillo entre C y N
(O=C-NR_{8}R_{9}); R_{8} y R_{9} son cada
uno H o un sustituyente que contiene un grupo alquilo que tiene de 1
a 6 átomos de carbono, siendo al menos uno de R_{8}y R_{9} un
sustituyente que contiene un grupo alquilo que tiene de 3 a 4 átomos
de carbono;
y
9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
polímero orgánico catiónico comprende, en forma polimerizada, un
monómero no iónico que tiene un grupo hidrófobo no aromático
representado por la fórmula general (V):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; A es O; B es
un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de carbono; n es un número entero
de, al menos 1; R_{10} es alquilo que tiene al menos 2 átomos de
carbono.
10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
polímero orgánico catiónico es un polímero de adición vinílico
preparado a partir de una mezcla de monómeros que comprende de 5 a
25% en moles de monómero que tiene un grupo hidrófobo no aromático y
de 95 a 75% en moles de otros monómeros copolimerizables.
11. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
material en forma de micropartículas aniónicas se selecciona de
partículas a base de sílice y bentonita.
12.Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
agentes auxiliares de drenaje y retención comprenden además un
polímero orgánico catiónico de bajo peso molecular.
13. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
suspensión que se deshidrata sobre la cinta sinfín tiene una
conductividad de, al menos 3,5 mS/cm.
14. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
procedimiento además comprende: deshidratar la suspensión sobre una
cinta sinfín para obtener una banda húmeda de papel y aguas blancas,
recircular las aguas blancas y opcionalmente introducir agua fresca
para formar una suspensión que contiene fibras celulósicas, y
opcionalmente cargas, que se tienen que deshidratar, en el que la
cantidad de agua fresca introducida es menor que 30 toneladas por
tonelada de papel seco producido.
15. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se
introducen menos de 10 toneladas de agua fresca en el procedimiento,
por tonelada de papel seco producido.
16. Un polímero de adición vinílico catiónico que
comprende, en forma polimerizada:
(a) al menos un monómero no catiónico que tiene
un monómero hidrófobo no aromático;
(b) al menos un monómero catiónico; y
(c) (met)acrilamida;
en el que el polímero de adición vinílico,
catiónico, se prepara a partir de una mezcla de monómeros que
comprende de 75 a 95% en moles de
(met)acrilamida;
(a) comprendiendo al menos dicho monómero no
catiónico, que tiene un grupo hidrófobo no aromático, un monómero
representado por la fórmula general (IV):
en la que R_{1} es H o CH_{3};, A y B no son
nada por lo que haya un enlace sencillo entre C y N
(O=C-NR_{8}R_{9}); R_{8} y R_{9} son cada
uno H o un sustituyente que contiene un grupo alquilo que tiene de 1
a 6 átomos de carbono, siendo al menos uno de R_{8}y R_{9} un
sustituyente que contiene un grupo alquilo que tiene de 2 a 6 átomos
de
carbono;
(b) comprendiendo al menos dicho monómero
catiónico, un monómero catiónico seleccionado del grupo formado
por:
(i) monómeros catiónicos representados por la
fórmula general(I):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno H o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos
de carbono; A es O o NH; B es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de
carbono o un grupo hidroxipropileno; R_{4} es un grupo
hidrocarbonado no aromático que contiene de 4 a 8 átomos de carbono;
y X^{-} es un contraión
aniónico.
(ii) monómeros catiónicos representados por la
fórmula general (III):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno H o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos
de carbono; A es O o NH; B es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de
carbono o un grupo hidroxipropileno; R_{7} es H, un grupo alquilo
que tiene de 1 a 3 átomos de carbono, un grupo bencilo o un grupo
feniletilo; y X^{-} es un contraión
aniónico.
(iii) y mezclas de los mismos.
17. Un polímero de adición vinílico catiónico de
acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque la
(met)acrilamida es acrilamida.
18. Un polímero de adición vinílico catiónico de
acuerdo con la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque
el grupo hidrófobo no aromático es un grupo alquilo seleccionado de:
n-propilo, isopropilo, n-butilo,
isobutilo y terc-butilo.
19. Un polímero de adición vinílico catiónico de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 18,
caracterizado porque el polímero de adición vinílico
catiónico comprende, en forma polimerizada, un monómero catiónico
representado por la fórmula general (I):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno H o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos
de carbono; A es O o NH; B es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de
carbono o un grupo hidroxipropileno; R_{4} es un grupo
hidrocarbonado no aromático que contiene de 4 a 8 átomos de carbono;
y X^{-} es un contraión
aniónico.
20. Un polímero de adición vinílico catiónico de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19,
caracterizado porque el polímero de adición vinílico
catiónico comprende, en forma polimerizada, un monómero catiónico
representado por la fórmula general (III):
en la que R_{1} es H o CH_{3}; R_{2} y
R_{3} son cada uno H o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos
de carbono, convenientemente 1 a 2 átomos de carbono; A es O o NH; B
es un grupo alquileno de 2 a 4 átomos de carbono o un grupo
hidroxipropileno; R_{7} es H, un grupo alquilo que tiene de 1 a 3
átomos de carbono, un grupo bencilo o un grupo feniletilo; y X^{-}
es un contraión
aniónico.
21. Un polímero de adición vinílico catiónico de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20,
caracterizado porque el polímero de adición vinílico
catiónico se prepara a partir de una mezcla de monómeros que
comprende de 5 a 25% en moles de monómero no iónico que tiene un
grupo hidrófobo no aromático y de 95 a 75% en moles de otros
monómeros copolimerizables.
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