ES2262578T3 - Fabricaion de papel. - Google Patents

Abstract

Un proceso para fabricar papel en una máquina de fabricación de papel que comprende disponer de una suspensión madre fina celulósica, el floculado de la suspensión añadiendo una solución acuosa de medio de retención polimérico seleccionado a partir del almidón catiónico disuelto y del polímero sintético que tenga una viscosidad intrínseca superior a 4dl/g y que forme una suspensión floculada, el cizallamiento de la suspensión floculada y el refloculado de la suspensión sometida al cizallamiento mediante la adición de una suspensión acuosa de material aniónico en micropartículas y la formación con ello de una suspensión refloculada, el drenaje de la suspensión floculada o refloculada a través de un cedazo o tamiz portátil para formar una lámina húmeda, y el transporte de la lámina a través de una zona de secado calentada y la formación allí de una lámina seca, donde se añaden partículas insolubles de almidón a la suspensión celulósica como una suspensión de partículas dispersadas librementeen parte o en la totalidad de la solución acuosa del medio de retención polimérico, y las partículas insolubles de almidón se calientan durante el secado y se libera almidón soluble en la lámina en presencia de la humedad.

Description

Fabricación de papel.

La presente invención se refiere a la fabricación de papel que es reforzada mediante almidón.

Fabricar papel en una máquina de fabricación de papel resulta una práctica estándar. En ella se dispone de una suspensión madre delgada de tipo celulósica, que se hace flocular añadiéndole una solución de un medio de retención auxiliar polimérico por lo que se forma una suspensión floculada que se drena a través de un cedazo o tamiz desplazable para formar una lámina húmeda, y que transporta la lámina a través de una zona de secado calentada formando con ello una lámina seca. El auxiliar de retención puede ser de almidón catiónico disuelto pero a menudo se trata de un material polimérico sintético. Aunque el uso de polímero de un peso molecular bastante bajo puede mejorar de algún modo la retención, el polímero es preferiblemente de un peso molecular elevado o muy elevado, y en general tiene una viscosidad intrínseca superior a 4 dl/g.

Una alternativa frecuente a este proceso incluye el corte o la cizalladura de la suspensión floculada con el fin de degradar los flóculos o grumos y luego añadir una suspensión acuosa de material aniónico en micropartículas y con ello volver a flocular la suspensión, y a continuación drenar la suspensión refloculada a través del cedazo o tamiz. Dichos procesos que utilizan almidón catiónico y sílice coloidal se han descrito en la patente americana 4.388.150 y los procesos que utilizan el polímero sintético catiónico y la bentonita se han descrito en EP-A-235.893. Los procesos en los cuales el tamaño se añade después de la floculación con el polímero catiónico se describen en EP-A-499.448. Los procesos que utilizan otros polímeros y suspensiones apropiadas para estos se describen en WO95/02088.

La fina suspensión madre de tipo celulósico está formada en parte de papel reciclado que puede incluir almidón soluble (catiónico o aniónico o no iónico) y de ese modo la fina suspensión madre y la lámina final a menudo incluyen almidón soluble. Por ejemplo, la lámina seca puede contener tanto como un 1% de almidón derivado del papel reciclado. Sin embargo, a menudo se desea añadir almidón a la fina suspensión.

Así pues el almidón catiónico soluble en agua se puede añadir como parte o bien como todo el elemento auxiliar de retención polimérico de la solución (ver por ejemplo U.S. 4.388.150). La cantidad requerida con esta finalidad habitualmente no excede el 0,3% (almidón pesado en seco basado en el peso seco del papel).

A menudo se desea añadir almidón para reforzar el papel. Por ejemplo, es particularmente deseable incluir cantidades significativas de almidón en el medio para el plegado o rizado y para el cartón para revestidos. Estos materiales no suelen estar rellenos y al aumentar su resistencia son mas apropiados para su uso como materiales de embalaje. También se desea incluir cantidades significativas de almidón en láminas con relleno como si la inclusión de cantidades significativas de relleno tendiera a reducir la resistencia de la lámina.

Para maximizar la resistencia, se desea incluir almidón en cantidades del orden del 5 ó del 10% o incluso mayores, pero al intentar conseguirlo el proceso se vuelve menos eficaz en lo que se refiere al consumo de energía y/o a la velocidad de producción, o bien puede producirse el riesgo de un aumento inaceptable en la demanda química de oxígeno del efluente del proceso, debido al aumento de almidón en el efluente.

En la actualidad existen en el mercado varios grados de almidón que son en general insolubles en la suspensión celulósica. Pueden ser utilizados o bien no modificados o modificados químicamente. En general, el almidón se solubiliza previamente a elevada temperatura para dar lugar al almidón soluble en la suspensión celulósica.

En esta especificación cuando decimos que un almidón es insoluble nos referimos a que es insoluble en la suspensión celulósica y se mantiene insoluble en la suspensión celulósica. Cuando decimos que un almidón es solubles nos referimos a que es soluble en la suspensión celulósica.

El almidón catiónico soluble equivale a un almidón en el que se han verificado cantidades del orden del 1 al 1,5% en peso de almidón en las fibras celulósicas, según el peso seco del papel. Si la cantidad de almidón catiónico en la suspensión aumenta de forma significativa por encima de este valor, puede existir un mínimo o ningún aumento en la cantidad de almidón retenida en el papel y, en lugar de ello, existe meramente un aumento en la cantidad de almidón catiónico soluble que se encuentra en el agua blanca que drena a través del cedazo. Esto no es deseable ya que se tiene que eliminar antes de su descarga como efluente, debido a la elevada demanda de oxígeno químico que puede crear en el efluente del mezclador.

El almidón catiónico soluble puede ser fabricado por la modificación química del almidón o meramente por la cocción de almidón bruto y la adición de un polímero catiónico de bajo peso molecular antes, durante o después de la cocción. Los polímeros catiónicos adecuados de bajo peso molecular tienen una viscosidad intrínseca inferior a 1 dl/g. Ejemplos de dichos sistemas se encuentran en CA 787.294 y U.S.3.930.877.

En la práctica, cuando el almidón se utiliza como medio auxiliar de refuerzo también es necesario incluir un medio auxiliar de retención polimérico y existen varias publicaciones acerca de la adición de combinaciones de materiales. Por ejemplo, en la revista Tappi de Junio 1976, 59, 6, páginas 120 a 122, se examina el rendimiento de varios sistemas poliméricos duales, incluyendo el rendimiento de una mezcla de almidón catiónico soluble y poliacrilamida hidrolizada. En CA 1.232.713 hasta un 1,5% de almidón catiónico soluble se aplica en combinación con óxido de polietileno o bien un medio auxiliar de retención de poliacrilamida catiónico, no iónico o aniónico que tiene un peso molecular superior a 1 millón.

En la revista Tappi de Febrero 1984, páginas 104 a 108, se examina el efecto de varias mezclas de almidón catiónico soluble y polímeros y se observa que los almidones catiónicos en un 1% en peso mejoran el drenaje y la retención que a niveles superiores el drenaje se ve afectado de forma adversa. Se ha establecido que un polímero ideal para un mezclador de cartón a una velocidad de cizallamiento baja parece ser un polímero catiónico de elevada densidad de carga, peso molecular bajo, en particular el polietilenimina.

En la práctica habitual se ha averiguado que si la cantidad de almidón catiónico se aumenta por encima del 1 ó 1,5%, existe un riesgo incrementado de que el almidón catiónico interfiera con la efectividad del medio auxiliar de retención polimérico. Como resultado de ello, la retención y el drenaje pueden deteriorarse con el resultado de que la máquina tenga que funcionar más lentamente o la calidad del producto se deteriore.

Si se desea incluir una cantidad superior de almidón al 1 hasta el 1,5%, la técnica habitual implicará aplicar una solución de almidón no modificada sobre una prensa de apresto al final de la máquina de fabricación de papel, es decir, después de un secado parcial o completo de la lámina. La aplicación de una solución de almidón en este punto puede dar lugar a un incremento importante (es decir, de hasta un 7 ó un 10% es frecuente). Sin embargo, puede hacer que el almidón se concentre más en la superficie que en el centro de la lámina y eso tiene el inconveniente de que necesita un secado adicional de la lámina, es decir un gasto de energía calorífica y/o la desaceleración del proceso. Sería pues deseable ser capaz de conseguir estos niveles de almidón o bien unos niveles superiores sin introducir niveles inaceptables en el agua blanca y sin tener que volver a secar la lámina.

Otro método conocido para proporcionar una carga significativa de almidón en el papel implica aplicar un pulverizado o una espuma que contenga partículas de almidón no disueltas a la lámina húmeda antes de que sea conducida a través de los secadores, a lo que sigue la cocción del almidón durante el secado. Este proceso tiene también el inconveniente de tender a producir una concentración mayor de almidón en la superficie que en el centro de la lámina. Sin embargo, su principal inconveniente es que es muy difícil lograr la aplicación uniforme del almidón mediante el pulverizado o la aplicación de espuma durante periodos de tiempo prolongados debido a la tendencia de la composición del almidón a producir bloqueos en los pulverizadores o aplicadores de espuma.

En la literatura se han propuesto intentos para incluir almidón en partículas insoluble en agua fría en la suspensión antes del drenaje pero no han tenido ningún éxito.

Por ejemplo, Fowler revisó las técnicas generales de adición de almidón en la revista Paper en 1978, páginas 74 y 93. El comentaba las técnicas mencionadas y también establecía que si se añade almidón bruto no cocido a la suspensión seguido de la adición de un medio de retención solamente puede lograrse una retención mínima del almidón. El proponía que se consigue la mejor retención si el almidón se lava con bentonita y se añade a la suspensión previamente al medio de retención y también proponía que la retención puede verse incrementada además al incluir en la suspensión un polímero que tenga una carga opuesta a la carga del medio auxiliar de retención.

En U.S. 4.347.100 Brucato describe que los procesos mecánicos y termomecánicos de reducción o transformación de desperdicios de papel en pasta se pueden mejorar añadiendo un tensoactivo aniónico o un polímero aniónico durante el proceso de reducción a pasta. El establece que la adición de un polímero catiónico hace que se produzca una reacción con el polímero aniónico y la formación de un precipitado tipo goma que contribuya a la resistencia, y recomienda la adición del polímero catiónico en una cantidad estequiométrica basada en el polímero aniónico. Describe una técnica de valoración para obtener la cantidad estequiométrica deseada. También propone que la resistencia óptima se puede conseguir incluyendo almidón no gelatinizado que es gelatinizado durante el posterior secado por calentamiento.

Se establece que la reacción de los polímeros catiónicos y aniónicos para producir un precipitado tipo goma transporta las partículas de almidón y retiene el almidón en las fibras de la madera. El dice que las materias primas o sea esta mezcla pasa posteriormente a la máquina de fabricación de papel donde se moldea en una lámina y se seca por medio de calor. Esto sugiere que el almidón se añade a la pasta de madera o papelera o a la materia gruesa. En todos los ejemplos la pasta tiene una consistencia del 2,3% pero Brucato sugiere que son deseables consistencias más elevadas. No aporta información alguna acerca de si el proceso se podría realizar en una máquina de fabricación de papel, ni como se podría hacer, ni acerca del nivel de retención del almidón que se podría conseguir.

Brucato describe en U.S. 4.609.432 otro método de obtención de papel reforzado, usando esta vez dos diferentes suspensiones celulósicas. Entre un 90 y un 98% del peso de la fibra es aportado por una primera suspensión celulósica, en general de fibras refinadas, y entre el 2 y el 10% del peso de la fibra procede de la adición a esta primera suspensión de una segunda suspensión celulósica que contiene un agente ligante termosensible (como el almidón no sometido a cocción para enlazar las fibras y un polímero para pegar el agente adherente a las fibras de la segunda suspensión. Por ejemplo, la segunda suspensión puede contener las segundas fibras celulósicas junto con un 20 a un 200% de almidón seco y un 0,01 a un 0,1% de polímero catiónico. Se dice que el polímero catiónico reviste las partículas de almidón y las pega a las fibras de la segunda suspensión. Un proceso típico utiliza una primera suspensión que contiene un 95% de las fibras totales y una segunda suspensión que contiene un 5% de las fibras, un 0,012% de polietilenimina y un 20% de almidón. A partir de todo esto se formaba una lámina portátil y luego se secaba y parece que el almidón es activado durante el secado. De nuevo no existen datos sobre como realizar el proceso en una máquina ni acerca de la retención.

Brucato reproduce o cita la misma lista de polímeros catiónicos en ambas patentes, es decir polietileniminas (que se prefieren en U.S. 4.609.432), resinas de poliamida- poliamina, resinas de urea-formaldehído, resinas de melamina-formaldehído y poliacrilamidas. Parece que Brucato quiere utilizar polímeros de bajo peso molecular ya que todas las clases de polímeros que menciona a excepción de los poliacrialamidas tienen inevitablemente un peso molecular muy bajo y la poliacrilamida que el muestra como ejemplo es Separan CP7 , una marca comercial de Dow Chemical Co., y creemos que este material también presenta un peso molecular relativamente bajo, de aproximadamente 1 millón.

En ninguna de las patentes de Brucato se sugiere el uso de elementos de retención adicionales.

La reacción estequiométrica para formar un precipitado en U.S 4.347.100 impedirá que el polímero catiónico actúe como un elemento de retención eficaz. La cantidad total de polietilenimina utilizada en los ejemplos de U.S. 4.609.432 puede ser suficiente para causar la floculación de la segunda suspensión pero será demasiado baja para causar la floculación de la suspensión combinada. Por ejemplo, la dosis máxima que se muestra como ejemplo es aproximadamente del 0,02% en base al peso total de la fibra.

Por lo tanto los métodos de Brucato requieren la interacción en particular entre el polímero catiónico de peso molecular bajo y otro material en la suspensión y no dan lugar a la producción de una suspensión floculada o refloculada del tipo que se puede conseguir mediante el uso de polímeros sintéticos de peso molecular elevado o bien almidón catiónico, seguido opcionalmente de material en micropartículas.

Se desea reforzar sustancialmente las láminas de papel sin relleno (incluyendo el cartón de papel) que se han de utilizar como embalaje, pero existe también una necesidad especial de incluir almidón como medio reforzante en láminas que están realmente llenas, ya que el uso de una gran cantidad de relleno tiende a debilitar la lámina. El relleno puede ser prefloculado antes de su adición a la suspensión celulósica. Aunque esto tiene algunas ventajas, puede causar el debilitamiento de la lámina. Por lo tanto se conoce el proceso para incluir almidón soluble en agua en la composición de relleno prefloculada pero esto dificultará la manipulación de la suspensión floculada.

En GB 2.223.038 el relleno se incluye en una suspensión celulósica añadiendo una suspensión de relleno, partículas de almidón insolubles y agente floculante. Aunque muchos de los agentes floculantes que se mencionan tienen un peso molecular muy bajo (por ejemplo Magnafloc 1597 es una poliamina), algunos tienen un peso molecular moderado. Agentes de suspensión como una goma, un polímero orgánico sintético, o una arcilla de esponjamiento o hinchamiento (por ejemplo, la bentonita) pueden ser incluidos y el agente de suspensión se elige de manera que sea capaz de reducir la carga neta en la composición próxima a cero. Por ejemplo, si se utiliza un floculante catiónico se requiere entonces un agente de suspensión aniónico. La cantidad de relleno en la composición es preferiblemente de un 30 a un 40%, y las cantidades de almidón y floculante (en base al relleno) son preferiblemente del 1 al 5% y del 0,05 al 0,2%, respectivamente, siendo la cantidad de almidón del informe final típicamente del 0,05 al 1,5%. La suspensión floculada resultante contendrá las partículas de almidón atrapadas en los flóculos del relleno, y se añade a la suspensión celulósica que luego se drena y se calienta, con la cocción consiguiente del almidón. En los ejemplos, la cantidad de relleno oscila entre el 7% y el 24% y la cantidad de almidón es de un 4% en base al relleno, es decir, del orden del 0,3 al 1% en base al papel.

De acuerdo con todo ello, ninguno de estos métodos detallados proporciona una solución práctica al problema de aportar un método conveniente que utilice almidón disponible fácilmente y que no de lugar a una contaminación no deseable del efluente y que sea capaz de dar un aumento muy elevado de almidón en el papel y que no implique los problemas de aplicación de una prensa de apresto o pulverización o aplicación de espuma a la lámina húmeda.

Por lo que sabemos, las propuestas de Fowler, Brucato y en GB 2.223.038 no han dado lugar a procesos satisfactorios para la fabricación de láminas que contengan una gran cantidad de almidón como resultado de incorporar todo el almidón a la suspensión previamente al drenaje. De acuerdo con ello, el problema reside en que si se tienen que incorporar grandes cantidades de almidón se tendrán que añadir a la lámina húmeda por pulverizado o espumado o bien a la presión de apresto, y existe una necesidad urgente de hallar una manera de incorporar almidón a la masa fina para permitir una producción eficaz y aceptable desde el punto de vista ambiental del papel que tiene un elevado contenido en almidón.

El soporte de nuestra creencia de que dicho proceso es desconocido surge del hecho de que posteriormente a la fecha previa de esta solicitud, en Nordic Pulp y en el la revista Paper Research Número 4, 1994, páginas 237 a 241 se establece que puesto que el almidón tiene forma granular con un diámetro de 1 a 40 \mum, la retención de los gránulos de almidón es muy baja cuando se añade directamente a la pasta papelera diluida sin disolución o hinchamiento en agua. De acuerdo con las propuestas en este artículo es posible incluir cantidades elevadas de almidón en las láminas portátiles del laboratorio incorporando a la suspensión celulósica almidón que se ha fabricado por precipitación en sales minerales y tratando el precipitado, con una forma especial de escamas. Desde el punto de vista comercial no es deseable tener que sufrir este proceso especial y sería mucho más apropiado ser capaz de obtener unos niveles elevados de almidón en papel fabricado en una máquina de fabricación de papel convencional usando gránulos de almidón convencional debido al excesivo drenaje del almidón a través del cedazo o tamiz.

De acuerdo con todo esto, el problema que ha de resolver esta invención consiste en lograr un método en el cual sea posible incluir almidón en la fina pasta papelera diluida de manera que cantidades relativamente grandes de almidón puedan ser retenidas en el papel sin interferir de forma significativa con la producción eficaz de papel y sin crear unas descargas inaceptables de efluente.

En virtud de la invención, nosotros fabricamos papel en una máquina de fabricación de papel mediante un proceso conforme a la reivindicación 1 que comprende

disponer de una suspensión madre fina celulósica,

flocular la suspensión mediante la adición de una solución acuosa de un medio de retención polimérico seleccionado del almidón catiónico disuelto y de los polímeros sintéticos que tienen IV superior a 4 dl/g y que forme una suspensión floculada,

cizallar la suspensión floculada

y volver a flocular la suspensión cizallada añadiendo una suspensión acuosa de material aniónico en micropartículas y formar con ello una suspensión refloculada,

drenar la suspensión floculada o refloculada a través de un tamiz portátil para formar una lámina húmeda, y

transportar la lámina a través de una zona de secado calentada y formar así una lámina seca,

donde partículas insolubles de almidón se añaden a la suspensión celulósica como una suspensión de partículas dispersadas libremente en parte o bien toda la solución acuosa del medio de retención polimérico, y

las partículas insolubles de almidón se calientan durante el secado y la liberación de almidón soluble en la lámina en presencia de humedad.

Para conseguir una buena retención es necesario que las partículas de almidón puedan interaccionar con las superficies de las fibras celulósicas y el material aniónico en micropartículas si éste se encuentra presente. Por lo tanto, es preferible que las partículas de almidón se añadan como una suspensión de partículas básicamente independientes de manera que las partículas puedan interaccionar con las fibras o con el material aniónico en forma de micropartículas básicamente independientes unas de otras.

En la invención se obtiene los mejores resultados cuando el proceso implica las etapas descritas de cizallamiento y refloculación.

En el proceso de la presente invención se consigue una buena retención de las fibras, de las partículas de almidón (si el relleno está presente) en la etapa de refloculación. La aplicación de cizallamiento a la suspensión floculada que contenga las fibras celulósicas y las partículas de almidón da lugar a la degradación de los flóculos en la suspensión floculada y a la redispersión del material floculado previamente. Como resultado de ello, cualquier flóculo de las partículas de almidón, o bien de fibras libres de partículas de almidón, tenderá a descomponerse por la acción del cizallamiento.

La consecuencia de esto es que se consigue una distribución muy uniforme de las partículas de almidón en la suspensión refloculada, y por consiguiente en la lámina drenada. Como resultado de esta uniformidad, la gelatinización durante el secado se puede realizar con mayor eficacia y la distribución en el almidón tanto antes de la gelatinización como después de la gelatinización puede ser más uniforme que si el proceso se realiza sin cizallamiento y refloculación.

Es posible que la suspensión incluya algún relleno o fibras. En general, en todos los procesos de la invención, la suspensión consiste básicamente en un medio auxiliar de retención polimérica y en partículas insolubles de almidón.

El papel así fabricado puede ser rellenado y una ventaja de la invención es que los papeles que tienen buena resistencia se pueden obtener incluso cuando contienen cantidades elevadas de relleno, por ejemplo más del 20% en peso o más del 40% en peso e incluso hasta el 60% en peso, en base al peso seco del papel. Se pueden utilizar rellenos convencionales como el carbonato o sulfato de calcio o el talco o el caolín o bien otras arcillas.

Otra característica muy importante de la invención es que permite la producción de papel sin relleno, es decir papel que no ha sufrido la adición mínima o bien deliberada de relleno. Este papel sustancialmente sin relleno tiene en general un contenido en relleno no superior al 15%, y habitualmente no superior al 10% en peso de lámina seca. Normalmente cualquier relleno que se incluye procede del papel reciclado que se utiliza para formar la suspensión celulósica pero si se desean cantidades pequeñas, por ejemplo de hasta un 5% o quizás un 10% en peso, éstas se pueden añadir deliberadamente a la suspensión. Por lo tanto la invención tiene un valor especial para la fabricación de un medio de plegado o de cartón para revestidos.

Una característica única de la invención es que nosotros podemos conseguir un contenido elevado de almidón en la lámina seca como consecuencia de la inclusión del almidón no disuelto en la suspensión celulósica sin causar problemas de polución. Por consiguiente, podemos obtener fácilmente un contenido de al menos un 2% ó 3% y típicamente del 5% e incluso de hasta el 10 ó 15% por peso de almidón en la lámina seca.

Preferiblemente conseguimos una retención elevada de las partículas de almidón (por ejemplo, superior al 80% ó 90% o más), y cualquier partícula de almidón que es drenada en el agua blanca puede ser tolerada ya que pueden ser insolubles en el agua blanca y por tanto pueden ser recicladas y retenidas en un paso posterior a través de la máquina. Alternativamente pueden ser retiradas por filtración previamente a la descarga.

Si el proceso se lleva a cabo por drenaje de la suspensión floculada, esta suspensión puede haberse creado de forma convencional (aparte de la adición de almidón). Por ejemplo, puede haberse creado a partir de madera desfibrada, de pasta mecánica o termomecánica y la pasta papelera diluida fina o la pasta papelera gruesa de la que está formada, puede haber sido tratada con bentonita antes de la adición del medio de retención auxiliar. En dichos procesos, el medio auxiliar de retención es básicamente no iónico, por ejemplo, puede estar formado de un 0 a un 10% molar de monómeros aniónicos y/o catiónicos y de un 90 a un 100% molar de monómeros no iónicos. Sin embargo, la invención en este aspecto no está limitada al uso de pastas sucias e incluye el uso de cualquier combinación adecuada de pasta y medio de retención auxiliar de elevado peso molecular (aniónico, no iónico o catiónico) o bien un medio de retención del almidón catiónico disuelto.

En los procesos de la invención, la suspensión floculada se somete al cizallamiento de manera que los flóculos iniciales son degradados y luego la suspensión es refloculada, o bien sometida a una supercoagulación por la adición de material aniónico en micropartículas. El cizallamiento se puede conseguir meramente como resultado del flujo turbulento desde el punto en el cual se añade el material en micropartículas, pero frecuentemente el cizallamiento se aplica haciendo pasar la suspensión a través de un dispositivo como un tamiz centrífugo, una bomba centrífuga o bien otra etapa de mezcla. El cizallamiento da lugar a la reducción del tamaño de los flóculos, por ejemplo, tal como se ha descrito en EP-A-235.893.

Es esencial introducir las partículas de almidón como una suspensión en parte o toda la solución acuosa del medio de retención auxiliar. Esto permitirá que el medio de retención sea absorbido o bien adjuntado de algún modo a las superficies de las partículas de almidón antes de que las partículas se mezclen con la suspensión celulósica. Como resultado del uso de un medio de retención auxiliar de peso molecular elevado o bien, menos preferiblemente, de almidón catiónico disuelto, el medio de retención absorbido promueve el puente entre las partículas de almidón y las fibras celulósicas y con ello promueve la retención.

El almidón puede ser suspendido previamente en la solución acuosa del medio de retención pero es adecuado generalmente para mezclar el almidón insoluble (en general como una suspensión acuosa) y el medio auxiliar de retención acuoso ya que ambos fluyen hacia un punto en el cual el medio de retención se añade a la suspensión celulósica. Por ejemplo, el almidón se puede inyectar en la corriente polimérica en algún punto entre el suministro de relleno o reposición polimérico y el punto donde se añade la solución a la suspensión celulósica. A menudo resulta adecuado mezclar las partículas de almidón en la solución justo antes de añadir la solución a la suspensión celuló-
sica.

Frecuentemente, el almidón se encuentra inicialmente como una suspensión del 10 al 40%, a menudo alrededor del 20% en peso de almidón en agua y esta suspensión se añade a la solución polimérica en las cantidades requeridas para dar la dosis elegida de polímero y almidón. El cociente del peso seco de almidón :polímero se encuentra frecuentemente en el intervalo del 50:1 a 500:1. A menudo la suspensión contiene entre un 1% y un 50% (preferiblemente entre el 10 y el 30%) en peso de partículas de almidón y entre el 0,01% y el 2% en peso de polímero.

Aunque la suspensión que se añade a la suspensión madre fina celulósica puede incluir otros materiales, en general se prefiere y es conveniente que la suspensión conste básicamente sólo de polímero, almidón y agua. La cantidad de polímero es básicamente superior a la cantidad que podría tener un efecto floculante significativo en las partículas de almidón, en unas condiciones relativamente estáticas. Por consiguiente, si la cantidad elegida de polímero se añade gradualmente a un medio acuoso que contenga la cantidad elegida de almidón con una ligera agitación, inicialmente se podrá ver una floculación pero al ir añadiendo polímero y agitando continuamente se observará que las partículas de almidón se dispersan libremente de manera que no se agrupan formando flóculos significativos. En la práctica la adición de la suspensión de almidón y de polímero se ve acompañada normalmente de una cizalladura en el momento de la adición y esto estimulará el carácter independiente de las partículas. Considerando el cizallamiento que tiende a producirse durante la adición y a la vista del cizallamiento preferido de la suspensión celulósica floculada que sigue a la adición de polímero y de partículas, parte de la agregación de las partículas es aceptable. Sin embargo, no es deseable que se produzca una oclusión de partículas de almidón en flóculos o gránulos de relleno o de fibra en la suspensión.

Es importante que el polímero que se añada sea un medio de retención auxiliar eficaz para la suspensión celulósica con el fin de que el polímero que sea absorbido en las partículas de almidón tenga una sustantividad adecuada a las fibras celulósicas en la suspensión. La selección de un medio de retención apropiado que sea sustantivo a la suspensión celulósica puede realizarse de un modo convencional. Puede ser aniónico, no iónico o catiónico. Los mejores resultados se obtienen frecuentemente cuando el medio auxiliar de retención es catiónico y así preferiblemente la suspensión es tal que el elemento de retención catiónico seleccionado es sustantivo.

Habitualmente resulta conveniente y preferido que el almidón se añada como una suspensión con todo el medio de retención que se va a utilizar para flocular la suspensión, de un modo opcional previamente a la cizalladura y a la refloculación, pero si se desea la suspensión se puede mezclar con únicamente una parte, por ejemplo, al menos un 5% en peso, típicamente hasta el 50 o bien el 75% en peso de la cantidad total de medio auxiliar de retención. Si dicho medio de retención se añade parcialmente mezclado con almidón en partículas y parcialmente libre de almidón, podrán utilizarse medios de retención distintos, de elevado peso molecular, para las dos adiciones siempre que sean compatibles o bien el mismo material pueda ser utilizado para cada adición.

El polímero tipo coagulante, de bajo peso molecular, se puede añadir en una primera etapa si se requiere, de forma conocida, pero éste no se considera como un elemento de retención en el contexto de la presente invención.

Dichos polímeros coagulantes tienen generalmente una viscosidad intrínseca inferior a 3 dl/g y a menudo inferior a 1 dl/g. Pueden presentar una densidad de carga catiónica elevada, preferiblemente superior a 4, y a menudo superior a 5 meq/g. El polímero de bajo peso molecular se forma preferiblemente de unidades que se repiten de las cuales al menos un 70%, y en general al menos un 90%, son catiónicas. Los polímeros preferidos son homopolímeros de cloruro de dialildimetilamonio y copolímeros de bajo peso molecular de éste cloruro con una cantidad mínima (en general inferior al 30% y preferiblemente menor del 10%) de acrilamida, homopolímeros de bajo peso molecular de sal cuaternaria o sal de adición ácida de dialquilaminoalquil(met)acrilamida o dialquilaminoalquil(met)acrilato, y copolímeros de éstos con pequeñas cantidades (en general inferiores al 30% y preferiblemente inferiores al 10%) de acrilamida, de polietileniminas, poliaminas, productos de condensación de diamina de epiclorhidrina, polímeros de diciandiamida y otros polímeros coagulantes catiónicos de bajo peso molecular convencionales.

El medio de retención auxiliar con el cual el almidón en partículas se mezcla previamente a la adición a la suspensión celulósica puede ser almidón catiónico soluble y por consiguiente el sistema puede consistir en partículas de almidón insolubles (en general partículas de almidón insoluble químicamente no modificadas) suspendidas en una solución de almidón catiónico. No obstante, se prefiere en general que el medio de retención sea un polímero sintético.

Los medios de retención preferidos para ser usados en la invención son polímeros que tienen una viscosidad intrínseca superior a 4 dl/g y en general superior a 6 dl/g, por ejemplo 8-15 dl/g o bien 8-20 dl/g o superior.

En esta especificación, la viscosidad intrínseca se mide a 25ºC en cloruro sódico 1 M que se ajusta a pH 7 con una solución tampón usando un viscosímetro de nivel suspendido.

Los medios de retención no iónicos que se pueden usar incluyen poliacrilamida o bien otros polímeros de monómeros o mezcla de monómeros insaturados etilénicamente solubles en agua, y óxido de polietileno.

Los medios de retención aniónicos adecuados son polímeros de monómeros sulfónicos o carboxílicos aniónicos etilénicamente insaturados como el ácido acrílico (en general como una sal sódica u otro tipo de sal soluble en agua), que son copolimerizados opcionalmente con monómeros insaturados etilénicamente como la acrilamida. Por consiguiente, el polímero aniónico se puede formar a partir de, por ejemplo, 3 a 50% molar, a menudo 3 al 20% molar de monómero aniónico como el acrilato de sodio siendo el equilibrio la acrilamida.

Se pueden utilizar polímeros anfotéricos que contienen tanto unidades de monómero aniónicas como catiónicas, en general con acrilamida u otro monómero no iónico.

Se prefieren los polímero catiónicos.

El o cada uno de los polímeros catiónico de elevado peso molecular es normalmente un copolímero de monómero catiónico etilénicamente insaturado, siendo el equilibrio otro monómero etilénicamente insaturado, en general no iónico, soluble en agua como la acrilamida. La cantidad de monómero catiónico es normalmente de cómo mínimo un 2 ó 3% molar. En general, no es superior al 20% molar pero puede ser de hasta un 50% molar o más. El polímero puede ser totalmente soluble en agua o puede presentarse en forma de pequeñas partículas de polímero reticulado parcialmente soluble tal como se ha descrito en EP-A-202.780.

El o cada uno de los medios de retención poliméricos catiónicos de peso molecular elevado tiene típicamente una densidad de carga catiónica teórica no superior a unos 3 meq/g, a menudo no superior a 2 meq/g. En general es como mínimo de 0,1 o al menos de 0,5 meq/g. En esta especificación, la densidad de carga catiónica teórica es la densidad de carga obtenida por cálculo de la composición monomérica que se pretende utilizar para formar el polímero.

Los monómeros catiónicos adecuados incluyen (met)acrilatos y acrilamidas de dialquilaminoalquilo como sales cuaternarias o de adición ácida. Los grupos alquilo pueden contener 1-4 átomos de carbono y el grupo aminoalquilo puede contener 1-8 átomos de carbono. Se prefieren en particular los dialquilaminoetil(met)acrilatos o acrilamidas y los dialquilamino-1,3-propil(met)acrilamidas.

Aunque en general se prefiere que el medio de retención tenga una viscosidad intrínseca superior a 8dl/g, en algunos casos puede ser deseable utilizar como medio de retención un copolímero de cloruro de dialildimetilamonio y una acrilamida y que tenga una viscosidad intrínseca de al menos 4 dl/g, incluso aunque no sea práctico fabricar dicho polímero a la viscosidad intrínseca de 8 dl/g y a valores superiores que se prefieren para otros polímeros.

La cantidad total de medio auxiliar de retención polimérico es generalmente del 0,01 al 1%, en general del 0,02 al 0,1% (200 a 1000 gramos por tonelada de peso seco de suspensión). Cuando el proceso implica el cizallamiento y el refloculado con material en forma de micropartículas, la cantidad de medio de retención es en general del orden del 0,01 al 0,06% o del 0,1%, pero cuando el proceso se lleva a cabo meramente con floculación a lo que sigue el drenaje, es decir, sin el cizallamiento y la refloculación, la cantidad se sitúa habitualmente entre el 0,04 y el 0,15%, a menudo el 0,06 y el 0,1%.

La cantidad depende, entre otras cosas, de la elección de la suspensión fina celulósica. Esta se puede formar a partir de cualquier pasta o mezcla de pastas papeleras. La suspensión fina tiene típicamente un contenido en fibra celulósica del 0,2 al 2,0%, en general del 0,3 al 1,5% en peso.

El medio de retención de viscosidad intrínseca superior a 4 dl/g (o bien el almidón catiónico) y la cantidad que se utiliza en el proceso debe ser tal que de una buena retención de las fibras finas y del relleno (si está presente). La selección del medio de retención y su cantidad pueden llevarse a cabo de forma convencional realizando el proceso en ausencia de almidón con distintas cantidades de diferentes medios de retención, de manera que se seleccione una combinación eficaz de medio de retención y de su cantidad para la suspensión celulósica en particular que está siendo tratada. Naturalmente este ensayo puede ser realizado con la subsiguiente adición de material aniónico en forma de micropartículas si el proceso global implica el uso de dicho material. Cuando la suspensión inicial celulósica incluye residuo aniónico, puede ser preferible tratar la suspensión inicialmente con un coagulante catiónico y/o bentonita de manera que se reduzca la cantidad de medio de retención polimérico que se precise.

La cantidad de medio de retención será siempre superior a la cantidad requerida para precipitar o interaccionar con el material soluble aniónico en la suspensión celulósica. Si el rendimiento de la retención se representa gráficamente frente a la dosis de polímero en una combinación típica se verá que a medida que la dosis aumenta la retención se empobrece y aumentará solo gradualmente en los niveles bajos, pero aumentará luego de forma significativa a lo largo de un margen de dosificación relativamente pequeño y ya no aumentará más en un grado significativo. La dosis a la cual la retención aumentaba de forma notable es un dato de la demanda de dicha suspensión por ese medio de retención y en la invención la cantidad total de ese medio de retención debería ser igual o superior a la cantidad a la cual la retención ha aumentado de forma significativa. De acuerdo con ello, esta cantidad es superior a la cantidad estequiométrica requerida para reaccionar con cualquier material polimérico aniónico en la suspensión celulósica y cualquier pasta a partir de la cual se forme. En general, la suspensión se prepara sin la adición deliberada de materiales poliméricos aniónicos.

Diciendo que la suspensión celulósica está floculada queremos decir que se encuentra en el estado que es típico de una suspensión celulósica que ha sido tratada con un medio de retención eficaz de peso molecular elevado en una cantidad eficaz.

En los procesos preferidos, el sistema de retención se selecciona y optimiza (usando polímero de elevada viscosidad intrínseca o almidón catiónico disuelto) para las propiedades de retención, drenaje y secado de forma convencional, y el almidón en partículas se inyecta en la solución polimérica sin un cambio sustancial en el sistema de retención óptimo.

El almidón en las partículas debe mantenerse básicamente sin disolverse previamente al inicio del drenaje de la suspensión, puesto que de lo contrario el almidón disuelto probablemente saldrá de la suspensión. Una forma simple de determinar si las partículas se han mantenido sin disolverse consiste en valorar el agua del drenaje en busca del almidón disuelto. Si la cantidad de almidón disuelto en el agua de drenaje es suficientemente baja (después de permitir la entrada de parte del almidón disuelto introducido con las fibras de, por ejemplo, papel reciclado), esto indica que las partículas se han mantenido sin disolverse. Por ejemplo, en particular la cantidad de almidón disuelto en el agua de drenaje debería representar menos del 20%, preferiblemente menos del 10% y más preferiblemente menos del 5% de la cantidad de almidón en partículas en la suspensión después de descontar el almidón soluble originado en ella.

Una forma de comprobar que las partículas se encuentran básicamente sin disolver previamente al drenaje consiste en introducir el almidón en forma no gelatinizada, sustancialmente insoluble en agua, y mantener las condiciones en la suspensión de forma que no se produzca una gelatinización significativa previamente al inicio del drenaje. En dicho proceso es necesario gelatinizar el almidón durante las etapas de drenaje y secado.

En los procesos convencionales, el drenaje se completa a unas temperaturas superiores a la temperatura ambiente, y el secado se realiza aplicando calor. Mediante la elección apropiada de las condiciones de drenaje y de secado y del grado de almidón no gelatinizado, es posible conseguir la gelatinización apropiada durante la etapa de secado, mientras la lámina se encuentra todavía húmeda. Puede ser deseable aplicar un calentamiento deliberado a la lámina húmeda, incluso antes de completar el drenaje final, como para precalentarla previamente al inicio de las etapas de secado. Por ejemplo, se puede hacer pasar la lámina húmeda por una campana de vapor o calentador como el Devroniser (marca comercial) y esto puede facilitar la gelatinización completa y la disolución del almidón.

La acción de cizallamiento de la suspensión floculada previa a la refloculación tenderá necesariamente a romper cualquier flóculo o agregado de partículas de almidón, y por ello este proceso preferido hará que las partículas de almidón se encuentren más uniformemente distribuidas como monopartículas por la lámina. Como resultado de ello, se producirá una gelatinización más intensa de estas partículas que la que tiene lugar cuando grupos de partículas se encuentran presentes en la lámina, y esto es una ventaja importante de los procesos preferidos de la invención que implica el cizallamiento y la refloculación de la suspensión floculada.

Las partículas de almidón necesitan ser gelatinizadas mientras existe todavía humedad en la lámina para permitir que la gelatinización se produzca de forma satisfactoria y para permitir que las partículas se extiendan por la lámina tendiendo a formar una película dentro de la lámina, en contraste con un unas meras uniones puntuales. Como resultado de esta gelatinización del almidón en presencia de humedad, éste tenderá a migrar entre las fibras para conseguir una distribución más uniforme por encima y alrededor de las fibras de papel. La cantidad de humedad que debería permanecer en la lámina cuando el almidón se está disolviendo puede ser bastante baja, y solamente necesita ser suficiente para permitir la migración de suficiente almidón gelatinizado para dar una distribución adecuada del almidón a través de la lámina.

Para facilitar la obtención de una gelatinización rápida, puede ser deseable el uso de un almidón que tenga una gelatinización a una temperatura baja de forma natural o bien que haya sido modificado para reducir su temperatura de gelatinización, siempre que se mantenga sin disolver previamente al drenaje.

Normalmente el almidón se encuentra sin cocer, tratándose de almidón procedente de maíz bruto, patata, cereales, trigo o tapioca.

El almidón pregelatinizado o precocido (y por tanto soluble) puede encontrarse como partículas insolubles. Por consiguiente, en lugar de contar con la insolubilidad de las partículas de almidón no gelatinizadas y la posterior cocción que se produce durante el proceso, la disolución del almidón precocido en las partículas de la suspensión se puede evitar protegiendo el almidón con una cobertura impermeable de agua o bien una matriz que se desintegre durante el drenaje o secado posterior. Cualquier material que proporcione suficiente impermeabilidad al agua para impedir una disolución significativa del almidón previa al drenaje se podrá utilizar siempre que la envoltura o la matriz se desintegre para liberar el almidón durante el drenaje y/o el secado.

La cobertura o la matriz no tiene que suministrar una impermeabilidad al agua a largo plazo. Por ejemplo, una matriz o cobertura de disolución lenta puede ser suficiente para proteger el almidón ya que incluso si la cobertura se desintegra parcialmente dentro de la caja de cabeza quizás todavía no haya transcurrido tiempo suficiente para que las partículas de almidón encerradas se disuelvan en la caja de cabeza.

La cobertura o matriz puede ser de un material termoplástico que tenga un punto de fusión que impida la desintegración prematura de la cobertura o matriz. Por ejemplo, la temperatura normal de la suspensión hacia la caja de la cabeza se encuentra típicamente en el intervalo de 40-50ºC y la temperatura ambiente alrededor del cedazo de drenaje se encuentra típicamente en el mismo intervalo. Si las partículas se disponen con un revestimiento o matriz que tiene una temperatura de fusión igual o bien superior a la temperatura de la caja de la cabeza, básicamente no se producirá ninguna fusión hasta que la caja de la cabeza y la mayor parte de la fusión y sustancialmente toda la disolución del almidón no se produzca, hasta que la mayor parte del drenaje se haya completado. Los materiales termoplásticos adecuados que se pueden utilizar incluyen ceras hidrocarbonadas.

En lugar de usar una envoltura o matriz termoplástica, puede utilizarse una envoltura o matriz sensible al pH. Por ejemplo, el almidón cocido puede ser encapsulado o protegido de otro modo por el polímero que es insoluble en agua y no hinchable al pH de la dispersión de almidón que se dispone en la mezcla, y esta dispersión se añade a la caja de la cabeza que se encuentra a un pH al cual el polímero se hincha o se disuelve. Por ejemplo, el polímero protector puede ser un copolímero de monómeros etilénicamente insaturados insolubles y solubles en agua como el ácido metacrílico o bien otro monómero soluble en agua y el acrilato de etilo o bien otro monómero insoluble en agua. La fabricación de polímeros sensibles al pH de este tipo general mediante la polimerización de una emulsión de aceite en agua es bien conocida.

Los métodos de incorporación de un principio activo dentro de las partículas de una matriz protectora o dentro de una cobertura son bien conocidos y se pueden utilizar en la invención. Por ejemplo, la mezcla de almidón y material protector puede secarse pulverizando o bien se puede formar un revestimiento coacervado alrededor de las partícula de almidón.

La cantidad de almidón que se incluye en la lámina será de cómo mínimo un 0,05% y normalmente de un 0,2% de peso seco. Las ventajas más importantes del proceso se consiguen cuando la cantidad se encuentra por encima del 2 ó 3%, por ejemplo, del 5%, 10% o incluso de hasta el 12% o 15% en peso. Sin embargo, una ventaja del proceso de la invención es que el proceso puede funcionar con cargas de almidón elevadas o mínimas, alterando meramente la cantidad de almidón, sin efectuar ningún cambio significativo en el resto del proceso.

El tamaño de las partículas suele ser cómo mínimo un 90% en peso inferior a 100 im, preferiblemente inferior a 50 im, a menudo inferior a 5 hasta 50 im. Las partículas de almidón pueden tener un tamaño de al menos un 90% en peso de hasta 10 im, en general 5-10 im. El almidón tiene forma de gránulo por lo que las tres dimensiones pueden ser prácticamente las mismas.

Las micropartículas aniónicas o el material coloidal (cuando se utiliza) es preferiblemente bentonita, es decir una arcilla de esponjamiento inorgánica, por ejemplo, tal como se describe en EP A-235.893. Sin embargo, puede tratarse de sílice coloidal (como la descrita en U.S. 4.643.801), microgel de polisilicato (como el descrito en EP-A-359.552), microgel de ácido polisilícico como el descrito en EP-A-348.366, o bien versiones modificadas de aluminio de cualquiera de estos. En lugar de usar material coloidal aniónico inorgánico, se puede usar material orgánico. Por consiguiente es posible utilizar una emulsión polimérica orgánica aniónica. Las partículas de polímero emulsionadas pueden ser insolubles debido a estar formadas por un copolímero de, por ejemplo, un polímero aniónico soluble en agua y uno o más monómeros insolubles como el acrilato de etilo, pero preferiblemente la emulsión polimérica es una microemulsión reticulada de material monomérico soluble en agua. El tamaño de partícula del material coloidal es en general inferior a 2 im, preferiblemente inferior a 1 im y más preferiblemente inferior a
0,1 im.

La cantidad de material coloidal (peso seco basado en el peso seco de la suspensión celulósica) es en general de cómo mínimo un 0,03% y normalmente de al menos un 0,1%. Puede ser de hasta un 2% pero es en general inferior al 1%. La elección y la cantidad del material coloidal aniónico debería ser tal que provocara lo que frecuentemente se denomina "supercoagulación".

Las micropartículas aniónicas o el material coloidal se añaden preferiblemente a la suspensión después del último punto de elevada cizalladura, por ejemplo en la caja de la cabeza, y luego la suspensión puede drenada de forma convencional.

La selección inicial de los materiales adecuados se puede realizar en base a los ensayos con aparatos convencionales del laboratorio como un "Britt jar" y una técnica de láminas portátiles pero el funcionamiento comercial del proceso se realiza en una máquina de fabricación de papel donde la fina suspensión madre celulósica se dispone de un modo convencional, en general por dilución de la suspensión madre gruesa con agua blanca, y es conducida hacia una caja de la cabeza a través del aparato adecuado como una bomba de ventilación y un tamiz centrífugo, y es descargada de la caja de la cabeza en un tamiz o cedazo deslizante.

Este tamiz o cedazo puede viajar a velocidades convencionales que son normalmente superiores a 100 metros por minuto y oscilan típicamente entre 700 y 1500 metros por minuto.

La máquina incluirá una zona de secado de tipo convencional pero una ventaja de la invención es que no es necesario que la máquina esté equipada con una prensa de apresto o con cualquier otro medio de aplicación del almidón a la lámina húmeda o a la lámina seca.

No obstante, si se desea, se puede aplicar más almidón a la lámina húmeda o a la lámina seca de un modo convencional.

Lo siguiente son ejemplos.

Ejemplo 1

Una prueba de laminado se llevó a cabo en una máquina Fourdrinier que fabricaba un medio de rizado o acanalado a una velocidad de 600 m/min a partir de un 100% de residuos. Un polímero catiónico de acrilamida con un 10% molar de acrilato catiónico, viscosidad intrínseca 12 dl/g, se añadía a la fina suspensión madre previamente al tamiz centrífuga en un nivel de dosificación de 800 g/tonelada. Una suspensión del 20% de almidón bruto se añadía a la línea de alimentación del polímero justo antes de añadir el polímero a la fina suspensión madre, en unas cantidades suficientes para tener un 5% de almidón en peso seco de papel. La bentonita se añadía a la suspensión madre después del tamiz centrífuga y justo antes de la caja de la cabeza, a un nivel de dosificación del 0,5%.

El análisis del almidón retenido en la lámina indicaba que más del 95% del almidón añadido quedaba retenido en la lámina. El calentamiento durante las etapas de secado de la máquina hacía que el almidón se gelatinizara durante el secado.

Ejemplo 2

El cartón para revestidos que tiene un peso de unos 140 gramos por metro cuadrado se fabricaba en una máquina Fourdrinier en un proceso que utilizaba como medio de retención una solución acuosa de un polímero de acrilamida con un 10% molar de sal cuaternaria de dimetilaminoetilacrilato (DMAEAq), que tenía una viscosidad intrínseca de 12 dl/g, a una velocidad de dosificación de 850 g/tonelada en la capa o pliegue superior y de 790 g/tonelada en la capa inferior, añadida antes del matriz centrífuga y bentonita en una dosis de 5 kg/t tanto en la capa superior como en la inferior añadida después del tamiz centrífuga. La suspensión incluía papel reciclado y se observaba que el contenido en almidón en la lámina sin una adición deliberada de almidón oscilaba entre 0,9 y 1,2%.

El almidón de patata bruta en partículas se inyectaba luego en forma de una suspensión o pasta en la línea de alimentación del polímero en una dosis del 1,42% en base al peso seco de la suspensión. Cuando se habían reestablecido las condiciones correspondientes a un estado estacionario, la cantidad de almidón en la lámina era del 2,49%, lo que indicaba una retención básicamente completa del almidón en partículas.

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Cuando la cantidad de almidón en partículas en la suspensión aumentaba hasta el 3,11%, la cantidad en la lámina se incrementaba al 4,34%, y cuando la cantidad en la suspensión se incrementaba al 3,50%, la cantidad en la lámina se elevaba al 4,55%, lo que indicaba de nuevo una retención prácticamente completa.

La fuerza de explosión se incrementaba en aproximadamente un 35% y el valor CMT en un 20%.

Ejemplo 3

Para realizar un tamizado o cribado preliminar de las combinaciones adecuadas de materiales, se preparaba una mezcla de residuos a partir de un 60% de papel para periódicos, un 30% de cartón y un 10% de revistas y se reducía a pasta en un desintegrador de laboratorio durante 20 minutos y luego se diluía para formar una suspensión madre fina del 0,5% a 25ºC. Se dejaba que reposara durante 24 horas. El pH era de 7,5 a 7,7.

500 mls de suspensión fina se colocaban en un frasco o jar de drenaje dinámico Britt que se ajustaba con un alambre de la máquina a un equipo de agitación a 1500 rpm. La cantidad requerida de una suspensión del almidón del 20% se mezclaba con la cantidad requerida de una solución al 0,5% de polímero y se añadía al frasco o jar de drenaje. Después de agitar durante 60 segundos a 1500 rpm el agitador reducía su velocidad a 800 rpm y se añadía la cantidad requerida de suspensión de bentonita. Al cabo de 10 segundos de mezcla, se recogía el agua blanca o de recuperación durante 30 segundos.

El agua blanca recogida se llevaba a 100ºC durante 30 minutos, el volumen se reajustaba al volumen original y la muestra se centrifugaba para eliminar las fibras. El reactivo de yodo/yoduro potásico acidificado se evaluaba ópticamente y se comparaba con un gráfico de calibración para dar un valor sobre el contenido en almidón del agua. Debido a las técnicas especiales analíticas usadas, los valores son más indicativos de los valores relativos que de los absolutos, pero el aumento del valor indica un aumento de la retención.

En una primera serie de pruebas, se añadía polímero (acrilamida con un 10% molar de sal cuaternaria de dimetilaminoetilacrilato, viscosidad intrínseca 12 dl/g) a 750 gramos por tonelada de fibra, bentonita a 2000 gramos por tonelada de fibra y almidón a 80 kg por tonelada de fibra (8%). Se obtenían los siguientes resultados.

Punto de adición	Retención de almidón
Almidón No polímero No bentonita	74
Almidón antes del polímero	81,4
Almidón con polímero	96,5
Almidón después del polímero	82,6
Almidón con bentonita	93,1

Estos resultados indican que los mejores resultados se obtienen cuando el almidón se mezcla con el polímero (seguido de la bentonita). Se obtiene también una retención útil cuando el polímero se añade por separado y el almidón se añade posteriormente junto con la bentonita. La adición de almidón propiamente, antes o después del polímero, da pobres resultados.

Ejemplo 4

Se repetía ampliamente un proceso como el del ejemplo 3, que comparaba la retención (medida como en el ejemplo 3) con un 4% de almidón, 6% y 8% de almidón cuando no existe polímero y bentonita (control) o cuando el almidón se añade con 750 g/t de polímero a lo que siguen 2000 g/t de bentonita.

Adición de almidón	Sistema de retención	Retención de almidón
4%	No	57,9
4%	Si	99,4
6%	No	63,1
6%	Si	83,7
8%	No	71,2
8%	Si	90,5

La cantidad de almidón añadida en base al volumen de la suspensión para cantidades del 4%, 6% y 8% en base al peso de la fibra era de 200, 300 y 400 ppm, respectivamente.

Ejemplo 5

Se utilizaba un proceso tal como se ha descrito en el ejemplo 3 a excepción de que en los tres ensayos realizados usando polímero en ausencia de material aniónico en micropartículas, el almidón se añadía con la solución polimérica al frasco o jar de drenaje con el agitador a una velocidad de 800 rpm y después de 10 segundos de mezcla el agua blanca se recogía durante 30 segundos. La retención del almidón se medía como en el ejemplo 3.

Los resultados eran los siguientes:

Producto	Dosis	Almidón
Polietilenimina	1,000 g/t	72,6
Poliamina epiclorhidrina	1,000 g/t	78,3
DMAEAq 10% molar/copolímero de acrilamida 90% molar VI 12	750 g/t	92,5
DMAEAq 10% molar/acrilamida 90% molar VI 12	750 g/t	91,7
seguida del ácido polisilicílico	más
	500 g/t

Estos resultados demuestran claramente la enorme mejora en la retención que se puede conseguir usando un polímero catiónico de elevada viscosidad intrínseca en comparación con los polímeros catiónicos de bajo peso molecular. También demuestran que se pueden obtener buenos resultados usando ácido polisilicílico como material aniónico en micropartículas pero la comparación directa entre los dos ensayos con la poliacrilamida catiónica no es del todo verdadera debido a las distintas condiciones empleadas para los ensayos.

Claims (12)

1. Un proceso para fabricar papel en una máquina de fabricación de papel que comprende

disponer de una suspensión madre fina celulósica,

el floculado de la suspensión añadiendo una solución acuosa de medio de retención polimérico seleccionado a partir del almidón catiónico disuelto y del polímero sintético que tenga una viscosidad intrínseca superior a 4 dl/g y que forme una suspensión floculada,

el cizallamiento de la suspensión floculada y el refloculado de la suspensión sometida al cizallamiento mediante la adición de una suspensión acuosa de material aniónico en micropartículas y la formación con ello de una suspensión refloculada,

el drenaje de la suspensión floculada o refloculada a través de un cedazo o tamiz portátil para formar una lámina húmeda, y

el transporte de la lámina a través de una zona de secado calentada y la formación allí de una lámina seca,

donde se añaden partículas insolubles de almidón a la suspensión celulósica como una suspensión de partículas dispersadas libremente en parte o en la totalidad de la solución acuosa del medio de retención polimérico, y

las partículas insolubles de almidón se calientan durante el secado y se libera almidón soluble en la lámina en presencia de la humedad.

2. Un proceso conforme a la reivindicación 1 en el cual el material aniónico en micropartículas se selecciona a partir de arcillas inorgánicas que se hinchan, sílice coloidal, microgeles de polisilicato, microgeles de ácido polisilícico y sílice coloidal modificado con aluminio, microgel de polisilicato modificado con aluminio y microgel de ácido polisilícico modificado con aluminio.

3. Un proceso conforme a la reivindicación 1 ó reivindicación 2 en el cual el papel es un papel con relleno.

4. Un proceso conforme a la reivindicación 1 ó reivindicación 2, en el cual el papel es básicamente un papel sin relleno.

5. Un proceso conforme a cualquier reivindicación anterior en el cual el almidón en las partículas no está gelatinizado de manera que no se produce una disolución de almidón en la suspensión previamente al drenaje, y el almidón está gelatinizado durante el drenaje y/o el secado.

6. Un proceso conforme a cualquier reivindicación en el cual el medio de retención es un material polimérico sintético que tiene una viscosidad intrínseca de cómo mínimo 4 dl/g.

7. Un proceso conforme a cualquier reivindicación anterior en el cual el medio de retención es un material polimérico sintético que tiene una viscosidad intrínseca de como mínimo 8 dl/g.

8. Un proceso conforme a cualquier reivindicación anterior en el cual el medio de retención polimérico es catiónico.

9. Un proceso conforme a cualquier reivindicación anterior en el cual las partículas insolubles de almidón se añaden como una pasta o suspensión a una solución de básicamente todo el medio de retención polimérico.

10. Un proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 o cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9 en el cual la lámina contiene un 20 a un 60% en peso de relleno.

11. Un proceso conforme a la reivindicación 1 o 2 o cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9 en el cual la lámina es una lámina básicamente sin relleno que es un medio de rizado o bien cartón para revestidos.

12. Un proceso conforme a cualquier reivindicación anterior en el cual la cantidad de almidón en la lámina oscila entre el 2% y el 15%.