ES2226321T3 - Composicion de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o carton y procedimdiento para la fabricacion de papel o carton. - Google Patents
Composicion de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o carton y procedimdiento para la fabricacion de papel o carton.Info
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Abstract
Composición de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o cartón, conteniendo la composición (i) una cola que puede reaccionar con celulosa, siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA) y (ii) un agente orgánico de complejación en una cantidad del 0, 1-20% en peso de la cantidad de la cola.
Description
Composición de encolado que puede usarse para el
encolado neutro de papel o cartón y procedimiento para la
fabricación de papel o cartón.
La presente invención se refiere a una
composición de encolado que puede usarse para el encolado neutro de
papel o cartón. La invención se refiere adicionalmente a un
procedimiento para la fabricación de papel o cartón.
A pH neutro, el dímero de alquilceteno (AKD) o el
anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA) se usan normalmente como
una cola para activar la repelencia al agua (hidrofobicidad) del
papel o el cartón. Se considera que ambas moléculas reaccionan con
la fibra de celulosa. La reacción se produce muy rápidamente en
particular en condiciones alcalinas o ligeramente básicas. En la
fabricación del papel, se añaden AKD y ASA a una dispersión acuosa
que contiene fibra y aditivos (por ejemplo, materiales de carga,
agentes de retención, agentes antiespumantes, agentes de control del
pH) y a partir de la cual, se hace un esfuerzo para separar los
sólidos sobre la tela metálica tan eficazmente como sea posible, es
decir, el objetivo es una retención lo mayor posible. El agua usada
para la dispersión es normalmente agua de circulación y se le añade
agua fresca bruta, en cuyo caso el agua usada para la dispersión
contiene normalmente, por ejemplo, aproximadamente 200 ppm de
metales alcalinotérreos: iones calcio y magnesio.
El documento
WO-A-94/13883 describe el uso de un
agente de encolado neutro similar a, por ejemplo, ASA o AKD para el
encolado de papel o cartón.
Es comúnmente conocido que las pulpas que
contienen carbonato cálcico, que se usa para aumentar el brillo del
papel, consumen más agentes químicos de hidrofobización que las
pulpas sin carbonato.
Los grupos carboxilo sobre la superficie de la
celulosa generan una carga negativa en las fibras. La magnitud de la
carga depende del pH de alrededor. En condiciones alcalinas, el
grupo carboxilo experimenta protólisis y por tanto, la cantidad de
cargas negativas aumenta.
En general, las colas usadas con finalidades de
hidrofobización se preparan mediante emulsión de la sustancia
repelente al agua en un almidón cargado catiónicamente. El almidón
rodea el agente de hidrofobización insoluble en agua, mientras se
forma una dispersión distribuida uniformemente en el agua. Debido al
almidón, las partículas de dispersión son catiónicas. Tienden a
adherirse a superficies cargadas negativamente, por ejemplo, fibras
de celulosa.
En particular en aguas duras, iones de metales
alcalinotérreos bivalentes, tales como iones Ca^{2+} y también
otros iones polivalentes, neutralizan los grupos carboxilo de las
fibras de celulosa y por consiguiente, la carga negativa de las
fibras disminuye respectivamente. Como se ha concebido que una
partícula de cola formulada usando un almidón catiónico se une a la
superficie de la fibra mediante cargas, es importante la presencia
de cargas superficiales tanto en la partícula de cola como en la
fibra en lo que se refiere a la retención. Los iones Ca^{2+}
neutralizan la carga superficial y por consiguiente, la retención de
partículas de cola catiónicas se debilita. De manera similar, la
adherencia de agentes de retención catiónicos a la fibra también
depende de la carga superficial de la fibra.
Con el uso de agentes químicos quelantes y
secuestrantes, mediante los cuales puede disminuirse la cantidad de
iones libres en las aguas, también es posible disminuir el número de
iones Ca^{2+} en la superficie de la fibra y crear grupos
aniónicos libres para activar la retención. Sin embargo, si estos
agentes de complejación se usaran directamente, por ejemplo, en las
aguas de circulación de la máquina de papel, su uso sería
relativamente alto y produciría problemas en el resto del
funcionamiento de la máquina.
Se ha observado, sorprendentemente, que la
hidrofobización del papel usando agentes químicos basados en AKD y
ASA puede mejorarse cuando se añaden a sus formulaciones pequeñas
cantidades de agentes que forman complejos con metales o se
dosifican junto con ellos. Por tanto, mediante los agentes añadidos
a la cola, la complejación de los cationes en la fibra se acerca a
las partículas de cola, con lo que la retención de la cola se
mejora, mientras que la concentración de agentes de complejación en
las aguas de circulación de la máquina de papel puede, no obstante,
mantenerse baja.
Como, por ejemplo, el carbonato cálcico es un
material de carga usado normalmente en la fabricación de papel, el
uso de agentes de complejación para quelar todo el calcio no es
razonable, ya que esto conllevaría a la disolución del carbonato
cálcico. Lo que es inventivo en el presente documento es
específicamente el hecho de que se ha observado, sorprendentemente,
que una dosis muy pequeña de agentes de complejación en la
formulación de la cola mejora considerablemente el encolado. En
cuanto al rendimiento de la invención, se requiere que el agente de
complejación forme lo suficientemente rápido complejos estables con
los cationes metálicos que están presentes en la máquina de papel y
posiblemente tengan un efecto deletéreo sobre el encolado con AKD.
Es esencial para el rendimiento de la invención que una cantidad
adecuada de agentes de complejación se añada a la formulación de
cola.
Según la invención, para el encolado neutro de
papel o cartón se proporciona por tanto una composición de encolado
que contiene
(i) una cola que puede reaccionar con celulosa,
siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de
ácido alquenilsuccínico (ASA), y
(ii) un agente orgánico de complejación en una
cantidad de 0,1-20% en peso de la cantidad de la
cola.
El término agente quelante también se usa para
agentes de complejación.
Agentes de complejación adecuados que pueden
usarse según la invención incluyen
a) ácidos aminopolicarboxílicos
b) N-bis o
tris-[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aminas
y
c) ácidos fosfónicos.
Los agentes de complejación citados anteriormente
pueden estar en forma de un ácido o una sal. Sales adecuadas
incluyen sales de metales alcalinotérreos y sal de amonio. Las sales
de sodio y potasio son las sales preferidas.
Los agentes de complejación preferidos del grupo
a) incluyen ácidos aminopolicarboxílicos que tienen la siguiente
fórmula I general
en la
que
A es -CH_{2}COOH,
B es -CH_{2}COOH o -CH_{2}CH_{2}OH,
x es 0-6, preferiblemente
0-3,
y es 0-6, preferiblemente
0-2,
a es 2-10, preferiblemente
2-4 y
b es 2-10, preferiblemente
2-6.
Los compuestos según la fórmula I que se
prefieren especialmente incluyen ácido etilendiaminotetraacético, es
decir EDTA (B = A, x = 0, b = 2 e y = 1), ácido
dietilentriaminopentaacético, es decir DTPA (B = A, x = 1, a = 2, b
= 2 e y= 1) y ácido nitrilotriacético, es decir NTA (B = A, x = 0 e
y = 0).
Los agentes de complejación preferidos del grupo
b) incluyen N-bis o
tris-[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aminas
que tienen la fórmula II general
en la
que
R es hidrógeno,
un grupo alquilo que tiene
1-30 átomos de
carbono,
un grupo alquilo que tiene 1-30
átomos de carbono y adicionalmente 1-10 grupos ácido
carboxílico,
un grupo alquilo que tiene 1-30
átomos de carbono y adicionalmente 1-10 grupos éster
de ácido carboxílico,
un grupo hidrocarburo (poli)etoxilado que
tiene 1-20 grupos etoxilo o
un grupo amida de ácido carboxílico que tiene
1-30 átomos de carbono, en cuyo caso el enlace
N-R es un enlace amida.
Los agentes de complejación de fórmula II que se
prefieren especialmente incluyen los siguientes compuestos según las
fórmulas A, B y C:
A=
N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina
(en lo sucesivo se usará el acrónimo BCEEA)
B= ácido
N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aspártico
(en lo sucesivo se usará el acrónimo BCEEAA)
C=
N-tris[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina
(en lo sucesivo se usará el acrónimo TCEEA)
Estos agentes de complejación A, B y C y su
preparación se han descrito en la solicitud de patente
FI-962261. También es posible usar mezclas de
compuestos A y B.
Los agentes de complejación preferidos del grupo
c incluyen ácidos fosfónicos que tienen la fórmula III general
en la
que
R_{1} es hidrógeno, un alquilo inferior tal
como -CH_{3} o -(CH_{2})_{n}-CH_{3}, un grupo
amino -NH_{2}, hidroximetilo -CH_{2}OH, un grupo ácido
carboxílico inferior -(CH_{2})n-COOH, un
grupo ácido alquilfosfónico inferior -(CH_{2})_{n}-PO_{3}H_{2} o
un grupo que tiene la fórmula
R_{2} es hidrógeno, hidroxilo -OH, un grupo
ácido fosfónico -PO_{3}H_{2}, un grupo ácido carboxílico
inferior -(CH_{2})_{n}-COOH o un grupo
que tiene la fórmula
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
R_{3} es hidrógeno, hidroxilo -OH, un grupo
amino -NH_{2}, un alquilo inferior tal como -CH_{3} o
-(CH_{2})_{n}-CH_{3}, un grupo ácido
carboxílico inferior -(CH_{2})_{n}-COOH o
un grupo que tiene la fórmula
-NH-(CH_{2})_{n}-PO_{3}H_{2}
-NH-CH_{2}-COOH
n es 0-6,
preferiblemente
0-3.
En la composición de encolado según la invención,
la cantidad del agente orgánico de complejación es del
0,1-20% en peso y se prefiere especialmente del
0,2-3% en peso de la cantidad de la cola.
La composición de encolado según la invención
está preferiblemente en forma de una dispersión, en cuyo caso
contiene adicionalmente un agente estabilizante de la
dispersión.
Los agentes estabilizantes de las dispersiones de
AKD incluyen almidón, almidón catiónico y otros polímeros, tales
como polietilenimina, poliepiamina, un compuesto de diciandiamida o
polidietildialilo, poliacrilamida o ácido poliacrílico o sales de
los mismos.
Para la estabilización de las dispersiones de
ASA, puede usarse, por ejemplo, almidón u otros polímeros, tales
como derivados de la celulosa solubles en agua, por ejemplo
hidroxietil o hidroxipropil, metil hidroxipropil (hipromelosa) o
etil hidroxietilcelulosa, carboximetilcelulosa, gelatina, goma guar,
goma xantana o poli(alcohol vinílico).
En la composición de encolado según la invención,
la cantidad de agente de complejación puede ser del
0,2-20% en peso, preferiblemente del
0,2-10% en peso y especialmente preferido del
1-5% en peso de la cantidad del agente
estabilizante.
Según la invención, también se proporciona un
procedimiento para la fabricación de papel o cartón mediante
encolado neutro usando una cola que puede reaccionar con celulosa,
siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de
ácido alquenilsuccínico (ASA), estando caracterizado el
procedimiento porque un agente orgánico de complejación, tal como se
he definido anteriormente, se incorpora en la cola en una cantidad
del 0,1-20% en peso de la cantidad de la cola.
La invención se refiere adicionalmente al uso de
la composición de encolado, tal como se ha definido anteriormente,
para el encolado neutro de papel o cartón.
Si la composición de encolado o la formulación de
encolado según la invención contiene almidón, el agente de
complejación se une a la capa de almidón, de la que se desprende en
dilución y forma un complejo con iones Ca^{2+}. Si el ion de
complejación se desprende de una fibra, la fibra se vuelve más
aniónica y la partícula de cola se adhiere a la fibra. Se sabe que
la constante de equilibrio de fibra de celulosa con respecto a la
complejación de los iones Ca^{2+} es aproximadamente 3. Por un
lado, esto demuestra que la celulosa une iones fuera del agua de
circulación y, por otro lado, esto requiere que la constante de
equilibrio del aditivo que compleja iones Ca^{2+} debe ser
superior a la de la celulosa, como por ejemplo las constantes de las
sustancias mencionadas anteriormente son aproximadamente 10.
La composición de encolado funciona en particular
en pulpas que se elaboran en aguas duras y en máquinas que tienen
una retención, por lo demás, baja.
Es una opinión común que la hidrofobicidad del
papel producida por el encolado con AKD se desarrolla lentamente. El
encolado rápido es necesario en particular en la fabricación de
papel soporte para estucado. Puede conseguirse una mejora
considerable si se usa la composición según la presente
invención.
El rendimiento de la invención no se ve afectado
por los otros agentes químicos, tales como el almidón y el carbonato
cálcico, que se usan en la fabricación del papel, ni por la calidad
de la pulpa. El orden en el que se añaden los agentes químicos en la
máquina de papel o los demás parámetros de funcionamiento de la
máquina de papel tampoco afectan al rendimiento de la invención.
La cantidad de agente de complejación usado en la
formulación de encolado puede ser del 0,1-20% en
peso de la cantidad de AKD o ASA y del 0,2-20% en
peso de la cantidad total de almidón u otro polímero que estabiliza
la formulación. Estos compuestos pueden usarse como tales en forma
ácida o en forma de sus sales alcalinas o de amonio. Si el agente se
usa en forma de una sal de los mismos, el catión de dicha sal no
tiene un efecto considerable en el rendimiento de la invención.
Las emulsiones actuales de AKD son físicamente
estables y pueden usarse durante varias semanas. La concentración de
AKD en los productos puede ser del 0,5-30% en peso.
Normalmente se usan varios almidones para la formulación de AKD. Por
lo general, se les añaden cationes ("se cationan") bien con
aminas cuaternarias, en cuyo caso el almidón retiene su carga
catiónica también en condiciones alcalinas, o bien con aminas
primarias, secundarias o terciarias, cuya carga depende del pH. La
cantidad de almidón puede ser de 0,1-10 veces la
proporción de AKD. Para la dispersión de cera AKD, se usan
generalmente varios agentes químicos aniónicos, tales como
lignosulfonatos, sulfonatos alifáticos o aromáticos, tensioactivos
no iónicos tales como ácido graso o etoxilatos de alcohol graso, o
tensioactivos catiónicos tales como aminas de ácido graso o
imidazolinas. Para la estabilización de una dispersión de AKD,
también pueden usarse polímeros, tales como compuestos de
polietilenimina, poliepiamina, polidimetilalilo o diciandiamida,
ácido poliacrílico o poliacrilamida y sus sales. Es comúnmente
conocido que la cantidad de agentes químicos estabilizantes es del
1-200% en peso de la cantidad de AKD. En el uso de
polímeros, es posible no sólo mejorar la estabilidad del producto,
sino también afectar al rendimiento del producto en papel o cartón.
La adición de agentes químicos estabilizantes se ha usado comúnmente
en la técnica anterior en la formulación de productos con AKD.
El ASA se dispersa en el molino de papel o cartón
usando un aparato instalado con este fin. La dispersión preparada se
pasa inmediatamente a la máquina de papel o cartón. Para facilitar
la preparación de una dispersión de ASA, suele añadirse al producto
un tensioactivo, tal como dioctilsulfosuccinato,
octilfenoxipolietoxietanol y dinonilfenilfosfato de polioxietileno,
trioleato de polioxietileno y sorbitano.
En general, en la fase de preparación, es posible
usar como agentes estabilizantes para dispersiones líquidas de ASA
almidón u otros polímeros, tales como derivados de celulosa solubles
en agua, por ejemplo hidroxietil e hidroxipropil, metil
hidroxipropil (hipromelosa) y etil hidroxietilcelulosa, carboximetil
celulosa o gelatina, goma guar, goma xantana, poli(alcohol
vinílico), etc. Por lo general, el tamaño de gota de la dispersión
es en promedio de 0,2-3 \mum. Los agentes de
complejación pueden añadirse a las composiciones comúnmente
conocidas basadas en ASA.
La composición de encolado según la invención es
adecuada para usarla con pulpas químicas, pulpas mecánicas, pulpas
quimiomecánicas y mezclas de éstas.
El rendimiento de las composiciones que son
objeto de la presente invención se ilustra con los siguientes
ejemplos. Los porcentajes son porcentajes en peso, a menos que se
indique lo contrario.
Se estudió el cambio en la carga superficial de
la fibra bajo el efecto de un agente de complejación tal como
sigue.
Se dispersó una mezcla de pulpas de sulfato de
pino y abedul a una razón de 50:50 en agua de intercambio iónico y
se refinó hasta un número de Schopper de 20º. Se filtró la pulpa y
se volvió a dispersar hasta una consistencia del 1% a) en agua de
intercambio iónico y b) en agua de intercambio iónico que contenía
el 0,1% de DTPA como una sal de Na. Se agitaron las pulpas durante
aproximadamente 1 hora. Se lavaron las pulpas con agua de
intercambio iónico a pH 7. La carga de la fibra se determinó usando
cloruro de polidialildimetilamonio y su retrovaloración con una sal
de NA de sulfonato de polietileno mediante un aparato de Mütek.
El efecto de un agente de complejación sobre la
carga de una formulación de cola con AKD se estudió usando un
aparato de Mütek. A una dispersión de AKD estabilizada con almidón
catiónico se añadió el componente activo de agente de complejación 1
y agente de complejación 2 en una cantidad del 6% calculada a partir
de la cantidad de almidón. La carga catiónica se determinó mediante
valoración con una sal de Na de sulfonato de polietileno a pH 3,5.
En este ejemplo y en los ejemplos presentados en lo sucesivo en el
presente documento, el agente de complejación 1 contiene BCEEA y
BCEEAA con una razón molar de 2:3 y el agente de complejación 2 es
TCEEA.
En este ejemplo se usó una pulpa cuya composición
era del 40% de pulpa de abedul química, el 40% de pulpa de pino
química y como material de carga el 20% de carbonato cálcico y 5
kg/t de almidónde pulpa. Se preparó una dispersión de AKD en un
almidón al 2%, siendo las concentraciones de los agentes de
complejación 1 y 2 en la dispersión del 0,6% de la cantidad de AKD.
La dosis de AKD usada fue de 1 kg/t, en cuyo caso la cantidad de
componente activo formador del complejo fue de 6 g/t. Se prepararon
hojas de prueba con un gramaje de 80 g/m^{2} a partir de la pulpa
según las instrucciones de Scan-C 26:76. Se
determinó el valor de Cobb a los 60 min a partir de las hojas
inmediatamente y después de 10 min de curado a 105ºC. Los valores de
Cobb 60 descendieron aun cuando las retenciones totales en las hojas
eran casi del 100%. Los valores de Cobb describen la absorción de
agua del papel, y significan la cantidad de agua que absorbe el
papel en un determinado plazo de tiempo (g/m^{2}). Cuanto menor es
el valor de Cobb, mejor es el resultado del encolado.
La pulpa usada en la máquina piloto era el 35% de
pulpa de pino química y el 65% de pulpa de abedul química. El
material de carga usado era carbonato cálcico al 23% de la pulpa
seca. Se pasó un papel cuyo gramaje era 70 g/m^{2} a una velocidad
de 80 m/min de la máquina piloto. La tasa de AKD usada era de 1
kg/t. La cola con AKD contenía agente de complejación 1 en una
cantidad del 0,3% de la cantidad de AKD. Aunque las retenciones
totales de la máquina piloto fueron buenas, en el producto que
contenía el agente de complejación el valor de Cobb 60 (g/m^{2})
inmediato no curado fue claramente inferior al del producto
correspondiente sin agente de complejación.
Claims (10)
1. Composición de encolado que puede usarse para
el encolado neutro de papel o cartón, conteniendo la composición
(i) una cola que puede reaccionar con celulosa,
siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de
ácido alquenilsuccínico (ASA) y
(ii) un agente orgánico de complejación en una
cantidad del 0,1-20% en peso de la cantidad de la
cola.
2. Composición de encolado según la
reivindicación 1, caracterizada porque el agente orgánico de
complejación es a) ácido aminopolicarboxílico, b)
N-bis o
tris-[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina
o ácido fosfónico.
3. Composición de encolado según la
reivindicación 2, caracterizada porque el agente orgánico de
complejación del grupo a) es ácido dietilentriaminopentaacético
(DTPA), ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) o ácido
nitriloacético (NTA), o una sal de los mismos o una mezcla de los
mismos y el agente orgánico de complejación del grupo b) es
N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina
(BCEEA), ácido
N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aspártico
(BCEEAA),
N-tris[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina
(TCEEA) o una sal de los mismos o una mezcla de los mismos.
4. Composición de encolado según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
cantidad del agente orgánico de complejación es del
0,2-3% en peso de la cantidad de la cola.
5. Composición de encolado según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está en
forma de una dispersión y adicionalmente contiene un agente
estabilizante de la dispersión.
6. Composición de encolado según la
reivindicación 5, caracterizada porque el agente
estabilizante es un almidón o algún otro polímero.
7. Composición de encolado según la
reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque la cantidad del
agente orgánico de complejación es del 0,2-20% en
peso, preferiblemente del 0,2-10% en peso y
especialmente preferido del 1-5% en peso de la
cantidad de agente estabilizante.
8. Uso de una composición de encolado definida en
cualquiera de las reivindicaciones 1-7 para el
encolado neutro de papel o cartón.
9. Procedimiento para la fabricación de papel o
cartón mediante encolado neutro usando una cola que puede reaccionar
con celulosa, siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un
anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA), caracterizado
porque se incorpora un agente orgánico de complejación en la cola en
una cantidad del 0,1-20% en peso de la cantidad de
la cola.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque se usa una composición de encolado
definida en cualquiera de las reivindicaciones 1-7
para el encolado.
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