ES2259242T3 - Procedimiento de fabricacion de una fibra o grupo de fibras que tienen un revestimiento de polimeros interactivos los unos con los otros. - Google Patents

Procedimiento de fabricacion de una fibra o grupo de fibras que tienen un revestimiento de polimeros interactivos los unos con los otros.

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Abstract

El método de producción de fibra ó grupo de fibras que tiene el recubrimiento de por lo menos dos, preferentemente, por lo menos tres, una situada fuera de la otra, de las capas de polímeros interactivos, según el cual la fibra ó grupo de fibras está tratado en pasos consecutivos con soluciones de los polímeros interactivos, caracterizado por el hecho de que el exceso del polímero previo está eliminado, entre cada paso de tratamiento, alternativamente, para que el polímero respectivo esté añadido solamente en tal cantidad en cada paso para que sustancialmente todo el polímero esté absorto en la superficie de la fibra.

Description

Procedimiento de fabricación de una fibra o grupo de fibras que tienen un revestimiento de polímeros interactivos los unos con los otros.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método de fabricación de una fibra ó grupo de fibras que tienen el recubrimiento de, por lo menos dos, preferentemente, por lo menos, tres capas finas de polímeros interactivos situadas una por fuera de la otra, según el cual la fibra ó grupo de fibras está tratado en pasos consecutivos con soluciones de los polímeros interactivos. Tal recubrimiento modifica las propiedades de las fibras así como las propiedades de los productos, por ejemplo, papel y telas no tejidas en los que se encuentran las fibras tratadas.
Antecedentes de la invención
El incremento del uso de las fibras recubiertas en la producción de papel y el uso de los componentes con propiedades más débiles de adherencia, tales como rellenos minerales, han aumentado la necesidad de los agentes de la dureza seca más efectivos en el papel. Tradicionalmente, se han utilizado dos métodos diferentes para añadir sustancias químicas que pudieran perfeccionar la dureza del papel, a saber, por medio de añadir sustancias químicas en el extremo húmedo del proceso de papel ó mediante la aplicación de una superficie por medio de una prensa encoladora. La adición del extremo húmedo es normalmente más efectiva que la aplicación de una superficie contada por kilo del producto utilizado. Con el fin de mantener la adición realizada en el extremo húmedo en la hoja de papel, las sustancias químicas del extremo húmedo son básicas y exclusivamente catiónicas y para conseguir que sean menos sensibles a los materiales disueltos y coloidales y la concentración aumentada de electrolitos causada por el cierre incrementado de los sistemas, su carga catiónica queda habitualmente aumentada. Este hecho conduce, a su vez, a una disminuida adsorción de la saturación de las sustancias químicas que se añaden a las fibras, lo que lleva a un reducido efecto máximo de los aditivos químicos. Todo esto implica que existe la necesidad tanto de nuevos métodos de aplicación de las sustancias químicas que perfeccionan la dureza de papel como de nuevos sistemas químicos.
Aparte de lo anterior, existe una necesidad aumentada de perfeccionamiento de la opacidad del papel acabado. Ya que en la actualidad, los agentes que proporcionan la dureza al papel, utilizados con más frecuencia, contribuyen negativamente a la opacidad, la necesidad de los nuevos métodos del desarrollo de la dureza del papel es todavía más grande.
Este método podría ser la utilización más extendida de las prensas encoladoras, sin embargo, este hecho conduciría a serias reducciones de la capacidad de fabricación de papel y el coste de su producción ya que el papel tendría que ser secado una vez dependiendo además del rehumedecimiento que se ejercita en las prensas encoladoras.
Esto implica que existe una gran necesidad de los nuevos modos de tratamiento de las fibras en el extremo húmedo de las máquinas de papel.
También puede resultar interesante el tratamiento mediante el proceso similar al que desarrollan las prensas encoladoras, si la calidad del papel producido queda, en consecuencia, mejorada de forma satisfactoria de tal manera que los inconvenientes mencionados arriba tendrían menos importancia.
Se conoce el método de construir capas múltiples de polímeros electroactivos sobre un sustrato cargado electroestáticamente para su uso en la óptica; en los sensores, reducción de fricción, etc. Este método está descrito, por ejemplo, en "Thin Solid Films" (Películas Finas Sólidas), 210/211 (1992831 - 835 y en "Thin Solid Films", 244 (1994) 806 - 809. El sustrato utilizado en este método está inmerso alternativamente en soluciones diluidas de polielectrolito, con un enjuague inmediato, con el fin de eliminar los restos del previo polylon que no está unido con el sustrato. El espesor de cada capa depositada está descrito como él que está entre 5 y 20 A. No existe indicación alguna de que los sustratos tratados podrían ser partículas, tales como fibras.
En la Patente US 5.338.407 está presentado un método para el perfeccionamiento de las propiedades de la dureza seca del papel con la que la goma guar de carboxilo metilo aniónico ó goma guar de carboximetilo e hidroxietilo y la goma guar catiónica se añaden a la capa fibrosa. Estos dos componentes son añadidos bien en mezcla ó por separado. No existe indicación alguna que el tratamiento está hecho bajo las condiciones que impliquen que una capa doble está construida sobre las fibras con un componente en una capa y el otro componente en la otra capa.
En las Patentes US 5.507.914 y 5.185.062 se presentan los métodos para el perfeccionamiento de las propiedades de la eliminación de agua y la retención del papel mediante la adición de los polímeros aniónico y catiónico a la pulpa. No existe indicación alguna de que el tratamiento tiene lugar bajo tales condiciones que una capa doble ó múltiple esté creada en la pulpa con el componente aniónico en una capa y el componente catiónico en la otra capa.
El tratamiento dual de la superficie de las partículas del filtro con los polímeros aniónicos y catiónicos está presentado en la Patente EP-A-0 850 879, WO 95/32335, US-A-4.495.245 y US-A-4.925.530. No existe indicación alguna que el tratamiento tiene lugar bajo tales condiciones en los que la capa doble ó múltiple esté creada en las fibras de la pulpa con el componente aniónico en una capa y el componente catiónico en la otra capa.
El objetivo y las características más importantes de la invención
El objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un método para la producción de las fibras ó grupos de fibras que tiene un recubrimiento de por lo menos dos, preferentemente, por lo menos tres, de los polímeros interactivos de capas finas, situadas una por fuera de la otra, en el que la fibra ó grupo de fibras esté tratado en pasos consecutivos con las soluciones de los polímeros interactivos. Esto ha sido proporcionado por el hecho de que el exceso del polímero previo está eliminado entre cada paso de tratamiento de manera alternativa según el cual el polímero respectivo está añadido en tal cantidad en cada paso que sustancialmente todo el polímero está absorto en la superficie de la
fibra.
Las fibras ó grupos de fibras pueden ser del tipo opcional, sin embargo, por ejemplo, las fibras celulósicas, las fibras regeneradas y diferentes tipos de fibras sintéticas se toman en consideración, principalmente.
Los polímeros interactivos son preferentemente polielectrolitos catiónicos y aniónicos pero también pueden ser, así llamados, zwitter - iones (procedentes de cristales iónicos).
El espesor de cada una de las citadas capas finas se encuentra preferentemente entre 3 y 100 A, más preferentemente entre 7 y 20 A.
La presente invención se refiere además a un producto de papel ó tela no tejida que contiene fibras producidas según el método descrito arriba.
Descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra, en forma de un diagrama de barras, el índice de la resistencia a la tracción de las hojas hechas de fibras celulósicas con una cantidad diferente de capas poliméricas utilizadas.
La Figura 2 muestra, en forma de un diagrama de barras, la resistencia a la tracción del papel que contiene las fibras de pulpa recubiertas con un polímero aniónico y catiónico añadido al mismo tiempo y añadido por separado en seis pasos consecutivos enjuagándolo posteriormente para eliminar el exceso de polímero entre cada paso.
Descripción de la invención
De acuerdo con la presente invención, las fibras ó grupos de fibras, son tratados con polímeros interactivos con el fin de construir capas múltiples y finas de los polímeros interactivos sobre la superficie de la fibra. En principio, la técnica descrita, por ejemplo, en los mencionados artículos de "Thin Solid Films" (Películas Finas Sólidas) se utiliza en el caso cuando los polielectrolitos alternativos catiónicos y aniónicos son usados como polímeros interactivos con la diferencia de que de acuerdo con la presente invención, el sustrato lo constituyen fibras ó grupos de fibras.
Las fibras son tratadas en pasos consecutivos con soluciones de polímeros interactivos durante los cuales el tiempo de tratamiento de cada paso es suficiente para la formación de una capa del espesor molecular deseado, preferentemente de la magnitud de 5-10 A. La interacción entre las fibras puede tener forma de fuerzas electroestáticas en las que los polímeros consisten de los polielectrolitos alternativos catiónicos y aniónicos ó por medio de la interacción entre polímeros no iónicos mediante, por ejemplo, las fuerzas de dispersión ó polielectrolitos catiónicos y aniónicos, ó a través de la interacción entre los polímeros no iónicos mediante, por ejemplo, el óxido de polietileno ó fibras celulósicas crudas y una formación compleja entre el óxido de polietileno y ácido poliacrílico.
En el caso de que los polímeros interactivos sean polielectrolitos alternativos catiónicos y aniónicos, la primera capa debería ser constituida de un polímero catiónico para las partículas ó grupos de partículas que tienen una superficie aniónica, lo que, por ejemplo, es el caso de las fibras celulósicas, y vice versa. El posible exceso del polielectrolito previo puede ser eliminado entre cada paso de tratamiento, por ejemplo, mediante el enjuague con el agua. Alternativamente, la adición está controlada de tal manera que no se añade ninguna cantidad excesiva del polímero respectivo en cada paso, para que de esta forma, todo el polímero esté absorto en la superficie de la fibra.
El método está basado sobre la atracción electroestática entre los polielectrolitos con cargas opuestas para la construcción de las capas múltiples deseadas. Mediante el tratamiento de las fibras en los pasos consecutivos con una solución que contiene poliiones de cargas opuestas y permite que los mismos estén absortos de forma espontánea en la superficie de las partículas, se construyen las capas múltiples de un tipo determinado. En principio, se puede utilizar todos los tipos de poliectrolitos.
A través de tal tratamiento de fibras ó grupos de fibras, resulta posible realizar nuevos tipos de modificaciones en las mismas. Por ejemplo, mediante el tratamiento de las fibras con capas consecutivas de polielectrolitos cargados e hidrófobos, sería posible, por ejemplo, desarrollar nuevos tipos de sustancias químicas hidrofobizantes para la hidrofobización del papel. Asimismo, sería posible construir capas de superficies "inteligentes" sobre las fibras que alterarían las propiedades con la temperatura, el pH, contenido de sal, etc. Estos cambios podrían, por ejemplo, estar basados sobre el conocimiento básico sobre las teorías del modem en cuanto a la interacción entre los polímeros y agentes tensoactivos.
Otras aplicaciones se refieren a las fibras en las que se intercambian los iones donde las "membranas" con las propiedades de intercambio de iones están proporcionadas sobre la superficie de la fibra, los agentes de la resistencia en húmedo donde los polímeros añadidos son reactivos con las fibras y uno con el otro, con el fin de proporcionar las uniones permanentes entre las fibras y para la producción de las capas de la superficie que se hincha mucho y donde las sustancias químicas añadidas forman las estructuras de gel hinchado sobre la superficie de la fibra para su uso en los productos absorbentes de higiene. Otra posible aplicación son los nuevos tipos de fibras para la impresión del papel donde los polímeros absortos cambian el color cuando los mismos son aplicados a un campo eléctrico, magnético ó electromagnético. Tales polímeros son disponibles en la actualidad.
Las fibras que son tratadas según el método de la presente invención pueden ser del tipo opcional, tanto las fibras naturales, como las fibras sintéticas. Principalmente, se trata de las fibras celulósicas. Sin embargo, sería posible tratar las fibras sintéticas, por ejemplo, para otorgarles una superficie más hidrófila.
Asimismo se pueden tratar de acuerdo con este método grupos de fibras.
A continuación de especifica los ejemplos de polielectrolitos aniónicos y catiónicos que se pueden utilizar en el método según el presente método.
Polielectrolitos aniónicos: almidón aniónico con diferentes grados de sustitución, sulfonato de poliestireno, celulosa carboximetílica con diferentes grados de sustitución, galactoglucomanan aniónico, ácido polifosfórico, ácido polimetacrílico, sulfato de polivinilo, alginato, copolímeros de acril-amida y ácido acrílico ó ácido sulfónico de 2-acril-amida-2-alquilo-propano.
Polielectrolitos catiónicos: Galactoglucomanan catiónico, amina de polivinilo, piridina de polivinilo, y sus derivados de n-alquilo, pirrolidona de polivinilo, chitosán, alginato, ámidas de poliacrilo modificadas, dialquilo de polidialilo, aminas de amida cationica, productos de condensación entre diamidas de dicyane, formaldehído y sal de amoniaco, productos de reacción entre epiclorohidrina, poli-epiclorohidrina y amoniaco, aminas primarias y secundarias, polímeros formados por la reacción entre aminas diterciarias ó aminas secundarias ó dihaloalcanes, polietiienimina y polímeros formados por polimerización de manómeros de amina N-(dialquilo-aminoalalquilo)acrí-
lico.
Ejemplo 1
El ejemplo que sigue a continuación muestra el aumento de la resistencia a la tracción de las hojas hechas en la formadora dinámica de las hojas. La pulpa que se utilizó fue SWK (siglas en inglés) (pulpa de sulfato de coníferas (madera blanda)) batida de acuerdo con SCAN-C 18:65, diluida en 3 g/l y el pH ajustado a 8. PVAm (Amina de Polivinilo - siglas en inglés), el polímero catiónico, fue añadido en exceso y se le concedió tiempo para que entrara en reacción, después de lo cual el exceso de polímero fue lavado de la suspensión de la fibra por medio del agua. Después de que haya sido añadida en exceso la CMC (siglas en inglés) (la celulosa de carboximetilo), el polímero aniónico, fue añadido en exceso y después de 10 minutos, el polímero no absorto fue eliminado a través del lavado. El aditivo de PVAm (Amina de Polivinilo - siglas en inglés) y CMC (Amina de Polivinilo – siglas en inglés) fue añadido repetidas veces en varios pasos. Después de cada adición de CMC, la así llamada formadora dinámica de las hojas, fue utilizada para hacer las hojas que tienen el peso básico de 80 G/m^{2}. Las hojas fueron testadas, respecto a la resistencia a la tracción, de acuerdo con SCAN-P 67:93. Los resultados están mostrados en la Tabla 1 que figura a continuación y demuestra claramente el perfeccionamiento del índice de la resistencia a la tracción con el número de las capas de polímero aplicadas.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
Capa de polímero (P = PVAm, C = CMC) Índice de la resistencia a la tracción (kNm/kg)
No hay polímero 39,0
P 53,6
PC 56,6
PCPC 69,4
PCPCPC 75,8
Los resultados están también mostrados en la Figura 1 de los dibujos.
Ejemplo 2
Los dos tipos de polímeros fueron utilizados; una amida de poliacrilo aniónica) (A-PAM), Percol 155 de Ciba y un cloruro de amoniaco de dialilo de polidimetilo (DMDAAC - siglas en inglés), también de Ciba. La pulpa que fue utilizada no fue refinada, fue una pulpa totalmente cruda de fibra larga, pH 8, en todos los ensayos. La dosificación de los polímeros se hizo en dos formas diferentes:
A)
todos al mismo tiempo y en este caso 3,9 kg/tonelada de A-PAM fueron añadidos primero y luego 6,6 kg/tonelada de poli - DMDAAC fueron añadidos.
B)
Seis capas de 1,1 kg/tonelada de poli - DMDAAC y 0,65 kg/tonelada de A-PAM fueron añadidos en las capas respectivas. El exceso de polímero fue eliminado entre las dosificaciones.
Las hojas de papel y su dureza (el índice de la resistencia a la tracción) fueron entonces medidas. En la Figura 2, la resistencia aumenta en % que está mostrado para los dos casos diferentes. Como se puede ver con claridad, resulta mucho más eficiente añadir polímeros en las capas de manera controlada.

Claims (7)

1. El método de producción de fibra ó grupo de fibras que tiene el recubrimiento de por lo menos dos, preferentemente, por lo menos tres, una situada fuera de la otra, de las capas de polímeros interactivos, según el cual la fibra ó grupo de fibras está tratado en pasos consecutivos con soluciones de los polímeros interactivos,
caracterizado por el hecho de que
el exceso del polímero previo está eliminado, entre cada paso de tratamiento, alternativamente, para que el polímero respectivo esté añadido solamente en tal cantidad en cada paso para que sustancialmente todo el polímero esté absorto en la superficie de la fibra.
2. El método según está reivindicado en la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que
la fibra es una fibra de celulosa.
3. El método según está reivindicado en la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que
la fibra es una fibra sintética ó regenerada.
4. El método según está reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado por el hecho de que
los polímeros interactivos son polielectrolitos ó anfólitos alternativos catiónicos y aniónicos.
5. El método según está reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado por el hecho de que
cada una de las mencionadas capas finas tiene el espesor de entre 1 y 100 A.
6. El método según está reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado por el hecho de que
cada una de las citadas capas finas tiene el espesor de entre 7 y 20 A.
7. Papel ó el producto no tejido
caracterizados por el hecho de que
contienen las fibras producidas de acuerdo con el método de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 6.
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