ES2290960T3 - Polimeros de dispersion hidrofila para aplicaciones de papel. - Google Patents
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Abstract
SE DESCRIBE UN PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE PAPEL, QUE COMPRENDE LA FORMACION DE UNA SUSPENSION CELULOSICA ACUOSA PARA FABRICACION DE PAPEL Y LA ADICION DE UN POLIMERO EN DISPERSION HIDROFILA, PARA INCREMENTAR LA RETENCION Y/O DRENAJE. DICHO POLIMERO EN DISPERSION HIDROFILA COMPRENDE (A) UN MONOMERO CATIONICO Y (B) UN SEGUNDO MONOMERO REPRESENTADO MEDIANTE (MET)ACRILAMINA (EN SOLUCION ACUOSA DE UNA SAL ANIONICA POLIVALENTE), LLEVANDOSE A CABO LA POLIMERIZACION EN PRESENCIA, BIEN DE UN CATION MULTIVALENTE (A) DE ELEVADO PESO MOLECULAR QUE COMPRENDA UN POLIMERO HIDROSOLUBLE, EL CUAL CONTIENE AL MENOS UN MONOMERO Y/O EN PRESENCIA DE CLORURO DE POLI DIALIL DIMETIL AMONIO (DADMAC). TRAS LA ADICION DE LOS POLIMEROS, LA SUSPENSION SE DRENA PARA FORMAR UNA LAMINA, LA CUAL SE SOMETE A SECADO.
Description
Polímeros de dispersión hidrófila para
aplicaciones de papel.
La invención se refiere al campo de la
fabricación de papel, y, en particular, a un procedimiento mejorado
de fabricación de papel que utiliza polímeros de dispersión
hidrófila como adyuvantes de retención y drenaje.
En la fabricación de papel se forma una
suspensión o lechada acuosa celulósica en la hoja de papel. La
lechada celulósica se diluye generalmente hasta una consistencia
(porcentaje en peso seco de los sólidos en la lechada) inferior al
1 por ciento, y con frecuencia inferior al 0,5 por ciento, en la
parte delantera de la máquina de papel, mientras que la hoja
acabada debe presentar menos del 6 por ciento en peso de agua. Por
consiguiente, los aspectos de drenaje de la fabricación del papel
son sumamente importantes para la eficacia y el coste de la
fabricación.
El procedimiento de deshidratación menos costoso
es el drenaje, y después de éste se utilizan procedimientos más
costosos, incluyendo el prensado al vacío, secado y prensado en
manta de fieltro, evaporación y similares, y cualquier combinación
de dichos procedimientos. Dado que el drenaje es tanto el primer
procedimiento de deshidratación empleado como el menos costoso, las
mejoras en la eficacia del drenaje disminuirán la cantidad de agua
que necesita ser eliminada por otros procedimientos y mejorará la
eficacia global de la deshidratación y reducirán el coste de los
mismos.
Otro aspecto de la fabricación del papel que es
sumamente importante para la eficacia del coste de la fabricación
es la retención de los componentes de la fibra en la trama de fibra
que se forma durante la fabricación del papel y dentro de la misma.
Una fibra para fabricación de papel contiene partículas cuyo tamaño
oscila entre aproximadamente 2 y 3 milímetros de las fibras
celulósicas para las cargas que miden solamente unas pocas micras.
En este intervalo están los finos celulósicos, las cargas minerales
(empleadas para aumentar la opacidad, brillo y otras
características del papel) y otras partículas pequeñas que
generalmente, sin la inclusión de uno o más adyuvantes de
retención, pasarían a través de los espacios (poros) entre las
fibras celulósicas en la trama de fibras en formación.
Un procedimiento para mejorar la retención de
los finos celulósicos, las cargas minerales y otros componentes de
la fibra en la trama de fibras es la utilización de un sistema
coagulante/floculante añadido a la cabeza de la máquina de papel.
En dicho sistema se añade en primer lugar a la fibra un coagulante,
por ejemplo un polímero sintético catiónico de bajo peso molecular
o un almidón catiónico, coagulante que generalmente reduce las
cargas superficiales negativas presentes en las partículas en la
fibra, particularmente los finos celulósicos y las cargas
minerales, y en consecuencia aglomera dichas partículas. El
coagulante es seguido de la adición de un floculante. El floculante
es generalmente un polímero sintético catiónico o aniónico de alto
peso molecular que se extiende entre las partículas y/o los
aglomerados, de una superficie a la otra, uniendo las partículas en
grandes aglomerados. La presencia de dichos grandes aglomerados en
la fibra aumenta la retención. El agua de los aglomerados se filtra
en la napa de fibras, en la que de lo contrario las partículas no
aglomeradas pasarían en gran medida.
Aunque un aglomerado floculado generalmente no
interfiere con el drenaje de la trama de fibras en la medida que se
produciría si la fibra se gelificara o contuviera una cantidad de
material gelatinoso, cuando dichos flóculos se filtran por la trama
de fibras los poros de la misma se reducen, reduciendo de este modo
la eficacia del drenaje. Por consiguiente, la retención aumenta a
expensas de disminuir el drenaje.
Otro sistema empleado para proporcionar una
combinación mejorada de retención y drenaje se describe en las
patentes U.S. nº 4.753.710 y nº 4.913.775, de los inventores Langley
et al., publicadas respectivamente el 28 de junio de 1988 y
el 3 de abril de 1990. En resumen, dicho procedimiento añade a la
suspensión celulósica acuosa para fabricación del papel en primer
lugar un polímero catiónico lineal de alto peso molecular antes de
cortar la suspensión, seguido de la adición de bentonita después del
corte. El corte generalmente está provisto de una o más etapas de
limpieza, mezclado y bombeado de los procedimientos de fabricación
de papel, y el cortado rompe los flóculos grandes formados por el
polímero de alto peso molecular en microflóculos, y a continuación
se asegura más aglomeración con la adición de las partículas de la
arcilla bentonita.
Otro sistema utiliza la combinación de almidón
catiónico seguido de sílice coloidal para aumentar la cantidad de
material retenido en la napa por neutralización de cargas y
adsorción de los aglomerados más pequeños. Este sistema se describe
en la patente U.S. nº 4.388.150, de los inventores Sunden et
al., publicada el 14 de junio de 1983.
Las patentes U.S. nº 5.098.520 y nº 5.185.062,
concedidas a Begala, describen procedimientos de mejora de la
deshidratación en un procedimiento de fabricación del papel.
La patente U.S. nº 5.334.679 da a conocer un
procedimiento de fabricación de papel en el que se utilizan
polímeros catiónicos solubles en agua producidos mediante
polimerización en suspensión como adyuvantes de retención.
La patente U.S. nº 4.696.962 se refiere a la
utilización de copolímeros catiónicos específicos solubles en agua
de (met)acrilamida como agentes de retención y drenaje en la
industria del papel. Este documento excluye de manera explícita la
utilización de sales de amonio cuaternario y se refiere a los
copolímeros producidos por polimerización en emulsión.
El documento EP 525 751 da a conocer la
utilización de dispersiones de polímero catiónico específico como
un producto químico para papel en un procedimiento de fabricación de
papel.
El documento EP 308 752 se refiere a un
procedimiento de fabricación del papel que utiliza un coagulante,
un copolímero cargado de acrilamida soluble en agua como floculante
y sílice coloidal.
Las patentes US nº 5.098.520 y nº 5.185.062,
concedida a Begala dan a conocer un procedimiento para mejorar el
drenaje en un procedimiento de fabricación de papel.
La presente invención se refiere a la
utilización de un polímero de dispersión hidrófila procedente de la
polimerización de monómeros que comprende:
(i) un monómero catiónico de fórmula (I)
en la que R_{1} es H o CH_{3};
cada R_{2} y R_{3} es un grupo alquilo con 1 a 2 átomos de
carbono; R_{4} es H o un grupo alquilo de 1 ó 2 átomos de
carbono; A' es un átomo de oxígeno o NH; B' es un grupo alquileno
de 2 a 4 átomos de carbono o un grupo hidroxipropileno; y X^{-} es
un contraión aniónico;
y
(ii) un segundo monómero representado por
(met)acrilamida en una solución acuosa de una sal aniónica
polivalente para aumentar la retención y el drenaje en un proceso
de fabricación de papel que comprende:
- a)
- formar una lechada celulósica acuosa para fabricación de papel;
- b)
- añadir una cantidad eficaz de dicho polímero de dispersión hidrófila a la lechada;
- c)
- drenar la lechada para formar una hoja; y
- d)
- secar la hoja.
La polimerización de los monómeros mencionados
anteriormente puede realizarse en presencia de un catión orgánico
multivalente de alto peso molecular que comprende un polímero
soluble en agua que contiene por lo menos un monómero de fórmula
(I) y/o cloruro de
polidialil-dimetil-amonio (DADMAC).
Tras la adición de los polímeros, se deseca la lechada para formar
una hoja, y se seca la hoja.
La Fig. 1 es un gráfico que compara la reducción
de turbidez entre tres polímeros de dispersión y el adyuvante de
retención de látex normal.
La Fig. 2 es un gráfico que compara la actividad
de drenaje entre tres polímeros de dispersión y el adyuvante de
retención de látex normal.
La Fig. 3 es un gráfico que presenta la
actividad de retención de los copolímeros de dispersión con
viscosidad intrínseca mayor que contienen 10 y 20% molar de
DMAEA\cdotMCQ.
La Fig. 4 es un gráfico que presenta la
actividad de drenaje de los copolímeros de dispersión con viscosidad
intrínseca mayor que contienen 10 y 20% molar de
DMAEA\cdotMCQ.
La Fig. 5 es un gráfico que compara el
rendimiento de la retención de dispersión de látex y de polímeros
secos.
La Fig. 6 es un gráfico que compara la reducción
de la turbidez de varios polímeros de dispersión con floculantes
normales.
La Fig. 7 es un gráfico que compara la actividad
de drenaje de varios polímeros de dispersión con floculantes
normales.
La Fig. 8 es un gráfico que compara el
rendimiento de la retención de los polímeros de dispersión con
floculantes normales.
La Fig. 9 es un gráfico que compara el
rendimiento de drenaje de los polímeros de dispersión con
floculantes normales.
La Fig. 10 es un gráfico que compara el
rendimiento de la retención de los polímeros de dispersión
combinados con coagulantes normales con los polímeros en dispersión
solos.
La Fig. 11 es un gráfico que compara el
rendimiento de drenaje de los polímeros de dispersión combinados con
coagulantes normales con los polímeros en dispersión solos.
La invención comprende un procedimiento de
fabricación del papel para mejorar la retención y el drenaje que
comprende formar una lechada acuosa celulósica para fabricación de
papel y añadir un polímero en dispersión hidrófila a la lechada. La
lechada se forma a continuación en una hoja y se seca.
Preferentemente, el polímero de dispersión
hidrófila de la invención es un copolímero de monómero cloruro de
dimetilaminoetil (met)acrilato de metilo quat
(DMAEA\cdotMCQ) catiónico y (met)acrilamida (AcAm). Se ha
observado que el polímero descrito anteriormente proporciona
ventajas para la utilización en un proceso de fabricación de papel.
Específicamente, los polímeros de dispersión hidrófila de la
invención presentan actividad de retención mejorada en comparación
con el copolímero de dispersión de cloruro de dimetilaminoetil
acrilato bencilo quat (DMAEA\cdotBCQ)/acrilamida (AcAm) y el látex
cuaternario de cloruro de metilo DMAEA de la misma carga. El látex
se define dentro de esta solicitud como un polímero de emulsión
inversa de agua en aceite.
En una forma de realización alternativa, los
polímeros de dispersión hidrófila DMAEA\cdotMCQ/AcAm presentan
casi igual actividad con respecto a la retención y el drenaje en
comparación con los polímeros catiónicos de látex normales
comerciales.
Los Ejemplos 1 a 4 resumen a continuación los
procedimientos para preparar el copolímero y varias proporciones de
componentes monoméricos. Preferentemente, la cantidad de cloruro
cuaternario de metil acrilato de dimetilaminoetilo presente en el
copolímero es de aproximadamente 3 por ciento molar a
aproximadamente 20 por ciento molar. Además, el intervalo de
viscosidades intrínsecas para los polímeros de dispersión hidrófila
de la invención está comprendido preferentemente entre
aproximadamente 11,9 y aproximadamente 21,2 dl/g. Según el
procedimiento preferido de la invención, el polímero de la
dispersión se añade en una cantidad comprendida entre
aproximadamente 0,2 y aproximadamente 2,3 kg de activo por 1.000 kg
de sólidos en suspensión (aproximadamente 0,5 a aproximadamente 5,0
libras de compuesto activo por tonelada de sólidos de la
lechada).
El presente procedimiento se considera aplicable
a todas las calidades y tipos de productos de papel, y además
aplicable para su utilización en todos los tipos de pulpa,
incluyendo las pulpas químicas, incluyendo las pulpas de sulfato y
sulfito, procedentes tanto de maderas duras como blandas y pulpas
ácidas, pulpas termomecánicas, pulpas mecánicas, pulpas de reciclo
y pulpas de serrín. Típicamente dichas fibras tendrán un pH
comprendido aproximadamente entre 3,0 y aproximadamente 9,0.
Los ejemplos siguientes se presentan para
describir las formas de realización preferidas y las utilidades de
la invención y no pretenden limitar la invención a menos que se
indique de otro modo en las reivindicaciones adjuntas a la
presente.
A un reactor de dos litros de resina equipado
con agitador, controlador de temperatura y condensador de agua
fría, se añadieron 287,59 gramos de una solución al 48,1% de
acrilamida (1,9461 moles), 7,24 gramos de una solución al 80,6% de
DMAEA\cdotMCQ (0,0301 moles), 250 gramos de sulfato amónico,
225,59 gramos de agua desionizada, 27 gramos de glicerol, 56,25
gramos de una solución al 16% de poliDADMAC (cloruro de
polidialil-dimetil-amonio) (IV =
1,5 dl/gm), 18 gramos de una solución al 20% de poliDMAEA\cdotMCQ
(IV = 2,0 dl/gm) y 0,3 gramos de EDTA. Se calentó la mezcla a 48ºC
y se añadieron 0,50 gramos de una solución al 4% de dihidrocloruro
de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La solución resultante se distribuyó por aspersión con 1.000
cc/min. de nitrógeno. Después de 15 minutos, comenzó la
polimerización y la solución se volvió viscosa. Durante las 4 horas
siguientes la temperatura se mantuvo a 48ºC y una solución que
contenía 95,86 gramos (0,6487 moles) de acrilamida al 48,1%, 12,07
gramos (0,0502 moles) de una solución al 80,6% de DMAEA\cdotMCQ,
9 gramos de glicerol y 0,1 gramos de EDTA se bombeó al reactor
utilizando una bomba de émbolo. A la dispersión de polímero
resultante se añadieron 0,50 gramos de una solución al 4% de
dihidrocloruro de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La dispersión se hizo reaccionar más durante 2,5 horas a una
temperatura entre 48ºC y 55ºC. La dispersión de polímero resultante
presentó una viscosidad Brookfield de 5.600 cps. A la dispersión
anterior se añadieron 10 gramos de ácido acético al 99% y 20 gramos
de sulfato sódico. La dispersión resultante presentó una viscosidad
Brookfield de 1.525 cps y contenía 20% de un copolímero 97/3 de
acrilamida y DMAEA\cdotMCQ con una viscosidad intrínseca de 12,1
dl/gm en NaNO_{3} 0,125 molar.
A un reactor de dos litros de resina equipado
con agitador, controlador de temperatura y condensador de agua
fría, se añadieron 281,68 gramos de una solución al 48,1% de
acrilamida (1,9061 moles), 12,07 gramos de una solución al 80,6% de
DMAEA\cdotMCQ (0,05023 moles), 250 gramos de sulfato amónico,
225,10 gramos de agua desionizada, 27 gramos de glicerol, 33,75
gramos de una solución al 16% de poliDADMAC (cloruro de
polidialil-dimetil-amonio) (IV =
1,5 dl/gm), 36 gramos de una solución al 20% de poliDMAEA\cdotMCQ
(IV = 2,0 dl/gm) y 0,3 gramos de EDTA. Se calentó la mezcla a 48ºC
y se añadieron 0,50 gramos de una solución al 4% de dihidrocloruro
de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La solución resultante se distribuyó por aspersión con 1.000
cc/min. de nitrógeno. Después de 15 minutos, comenzó la
polimerización y la solución se volvió viscosa. Durante las 4 horas
siguientes la temperatura se mantuvo a 48ºC y una solución que
contenía 93,89 gramos (0,6354 moles) de acrilamida al 48,1%, 20,11
gramos (0,08368 moles) de una solución al 80,6% de DMAEA\cdotMCQ,
9 gramos de glicerol y 0,1 gramos de EDTA se bombeó al reactor
utilizando una bomba de émbolo. A la dispersión de polímero
resultante se añadieron 0,50 gramos de una solución al 4% de
dihidrocloruro de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La dispersión se hizo reaccionar más durante 2,5 horas a una
temperatura entre 48ºC y 55ºC. La dispersión de polímero resultante
presentó una viscosidad Brookfield de 10.000 cps. A la dispersión
anterior se añadieron 10 gramos de ácido acético al 99% y 20 gramos
de sulfato sódico. La dispersión resultante presentó una viscosidad
Brookfield de 2.825 cps y contenía 20% de un copolímero 95/5 de
acrilamida y DMAEA\cdotMCQ con una viscosidad intrínseca de 14,1
dl/gm en NaNO_{3} 0,125 molar.
A un reactor de dos litros de resina equipado
con agitador, controlador de temperatura y condensador de agua
fría, se añadieron 239,38 gramos de una solución al 48,1% de
acrilamida (1,6199 moles), 21,63 gramos de una solución al 80,6% de
DMAEA\cdotMCQ (0,09001 moles), 260 gramos de sulfato amónico,
258,01 gramos de agua desionizada, 18 gramos de glicerol, 33,75
gramos de una solución al 16% de poliDADMAC (IV = 1,5 dl/gm), 36
gramos de una solución al 20% de poliDMAEA\cdotMCQ (IV = 2,0
dl/gm) y 0,3 gramos de EDTA. Se calentó la mezcla a 48ºC y se
añadieron 0,50 gramos de una solución al 4% de dihidrocloruro de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La solución resultante se distribuyó por aspersión con 1.000
cc/min. de nitrógeno. Después de 15 minutos, comenzó la
polimerización y la solución se hizo viscosa. Durante las 4 horas
siguientes la temperatura se mantuvo a 48ºC y una solución que
contenía 79.79 gramos (0,5399 moles) de acrilamida al 48,1%, 36,04
gramos (0,1500 moles) de una solución al 80,6% de DMAEA\cdotMCQ,
6 gramos de glicerol y 0,1 gramos de EDTA se bombeó al reactor
utilizando una bomba de émbolo. A la dispersión de polímero
resultante se añadieron 0,50 gramos de una solución al 4% de
dihidrocloruro de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La dispersión se hizo reaccionar más durante 2,5 horas a una
temperatura entre 48ºC y 55ºC. La dispersión de polímero resultante
presentó una viscosidad Brookfield de 7.600 cps. A la dispersión
anterior se añadieron 10 gramos de ácido acético al 99% y 20 gramos
de sulfato sódico. La dispersión resultante presentó una viscosidad
Brookfield de 2.100 cps y contenía 20% de un copolímero 90/10 de
acrilamida y DMAEA\cdotMCQ con una viscosidad intrínseca de 15,5
dl/gm en NaNO_{3} 0,125 molar.
A un reactor de dos litros de resina equipado
con agitador, controlador de temperatura y condensador de agua
fría, se añadieron 136,03 gramos de una solución al 48,1% de
acrilamida (0,9205 moles), 37,2 gramos de una solución al 80,6% de
DMAEA\cdotMCQ (0,1545 moles), 190 gramos de sulfato amónico, 50
gramos de sulfato sódico, 267,99 gramos de agua desionizada, 13,12
gramos de glicerol, 33,75 gramos de una solución al 16% de
poliDADMAC (IV = 1,5 dl/gm), 45 gramos de una solución al 20% de
poliDMAEA\cdotMCQ (IV = 2,0 dl/gm) y 0,2 gramos de EDTA. Se
calentó la mezcla a 48ºC y se añadieron 0,50 gramos de una solución
al 4% de dihidrocloruro de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La solución resultante se distribuyó por aspersión con 1.000
cc/min. de nitrógeno. Después de 15 minutos, comenzó la
polimerización y la solución se hizo viscosa. Durante las 4 horas
siguientes la temperatura se mantuvo a 48ºC y una solución que
contenía 111.29 gramos de acrilamida al 48,1%, 63,74 gramos (0,2641
moles) de una solución al 80,6% de DMAEA\cdotMCQ, 10,8 gramos de
glicerol y 0,2 gramos de EDTA se bombeó al reactor utilizando una
bomba de émbolo. A la dispersión de polímero resultante se añadieron
0,50 gramos de una solución al 4% de dihidrocloruro de
2,2'-azobis(2-amidinopropano).
La dispersión se hizo reaccionar más durante 2,5 horas a una
temperatura entre 48ºC y 55ºC. La dispersión de polímero resultante
presentó una viscosidad Brookfield de 2.160 cps. A la dispersión
anterior se añadieron 10 gramos de ácido acético al 99% y 30 gramos
de sulfato sódico. La dispersión resultante presentó una viscosidad
Brookfield de 1.325 cps y contenía 20% de un copolímero 80/20 de
acrilamida y DMAEA\cdotMCQ con una viscosidad intrínseca de 13,7
dl/gm en NaNO_{3} 0,125 molar.
Los ejemplos siguientes utilizaron los polímeros
de ensayo y las fibras descritos a continuación.
| Dispersión A | DMAEA\cdotMCQ 3% molar | IV 12,1 dl/g |
| Dispersión B | DMAEA\cdotMCQ 5% molar | IV 14,1 dl/g |
| Dispersión C | DMAEA\cdotMCQ 10% molar | IV 14,8 dl/g |
| Dispersión D | DMAEA\cdotMCQ 10% molar | IV 17,0 dl/g |
| Dispersión E | DMAEA\cdotMCQ 10% molar | IV 18,2 dl/g |
| Dispersión F | DMAEA\cdotMCQ 20% molar | IV 21,2 dl/g |
| Dispersión G | DMAEA\cdotMCQ 20% molar | IV 19,4 dl/g |
| Dispersión H | DMAEA\cdotMCQ 10% molar | IV 19,2 dl/g |
\vskip1.000000\baselineskip
| Polímero A | Látex de DMAEA\cdotMCQ 10% molar | IV 17,7 dl/g |
| Polímero B | Látex de DMAEA\cdotMCQ 10% molar | IV 19,1 dl/g |
| Polímero C | Dispersión de DMAEA\cdotBCQ 10% molar | IV 12,9 dl/g |
| Polímero D | Látex de AcAm/NaAc 70/30% molar | |
| Polímero E | Polímero seco DMAEA\cdotMCQ 10% molar (Floerger) | |
| Polímero F | Polímero en solución Epi-DMA | |
| Polímero G | Polímero en solución poli(DADMAC) | IV 0,55 dl/g |
| Polímero H | Polímero en solución poli(DADMAC) | IV 1,9 dl/g |
\vskip1.000000\baselineskip
Las mediciones IV de muestras de polímero se
realizaron en solución 0,125 M de NaNO_{3}. El procedimiento
comprende:
1. Se prepara una solución del producto en
dispersión al 1% (compuestos activos del polímero al 0,2%)
inyectando 2 g del polímero de dispersión con una jeringuilla en
agitación de 198 g de agua DI. Se continúa agitando a 800 rpm
durante 30 minutos.
2. Se prepara una solución de trabajo de los
compuestos activos del polímero al 0,045% a partir de:
| Solución de compuestos activos del polímero al 0,2% | 22,5 g |
| Solución de acetato sódico | 1,0 g |
| Nitrato sódico 0,25 molar | 50,0 g |
| Agua DI | 26,5 g |
3. Se rellena 2 ml de solución de nitrato sódico
0,125 molar en un viscosímetro capilar. Se mide el tiempo
t_{s}.
4. Se elimina la solución de nitrato sódico y se
limpia el viscosímetro. Se rellenan 2 ml de la solución
de compuestos activos del polímero al 0,045% en el viscosímetro. Se
mide el tiempo t_{1}.
\vskip1.000000\baselineskip
Tres de las fibras utilizadas para las pruebas
de actividad del polímero se prepararon a partir de la solución
madre espesa obtenida de los molinos de papel y se diluyeron hasta
una consistencia de aproximadamente 0,5% con el agua de la
formulación. La cuarta fibra era una fibra alcalina sintética que
comprendía el 70% en peso de fibra y el 30% en peso de carga,
diluido hasta una consistencia de aproximadamente 0,5% con agua de
la formulación. El agua de la formulación contenía 200 ppm de
dureza cálcica (añadida como CaCl_{2}), 152 ppm de dureza
magnésica (añadida como MgSO_{4}) y 110 ppm de alcalinidad de
bicarbonato (añadida como NaHCO_{3}).
Se utilizó el vaso de drenaje dinámico CF de
Britt para el mezclado uniforme del polímero y la fibra; la
velocidad de mezclado del vaso Britt fue de 500 rpm. El aparato de
ensayo de drenaje simula el drenaje por gravedad en una máquina de
papel. Los procedimientos de la prueba de drenaje y retención se
proporcionan a continuación:
1. Se mide una muestra de 500 ml de una solución
madre diluida utilizando una probeta graduada.
2. Se añade la solución madre diluida al vaso de
Britt.
3. Se comienza agitando (500 rpm) y se añade
almidón o coagulante utilizando una jeringuilla (cuando sea
necesaria).
4. Después de 10 segundos, se añade la solución
del polímero a la fibra utilizando una jeringuilla.
5. Se interrumpe la agitación después de un
periodo total de 30 segundos, es decir, 20 segundos después de
añadir el polímero.
6. Se transfiere inmediatamente la fibra tratada
al depósito del aparato de ensayo de drenaje.
7. Se quita el tapón y se recoge el filtrado
durante 5 segundos.
8. Se registra el peso del filtrado.
9. Se mide la turbidez del filtrado a 450 nm en
un espectrómetro DR-2000. El filtrado se diluyó
(\times2) con agua DI.
Los datos de drenaje y turbidez se obtuvieron
para la dispersión y los polímeros de látex utilizando los
procedimientos de ensayo descritos anteriormente. En estos
ejemplos, se proporciona una medición de la retención mediante el
porcentaje de reducción en la turbidez obtenido sin tratamiento del
polímero (blanco). Se determinaron las curvas de dosificación de
mejora del drenaje (%) y de reducción de la turbidez (%) para los
polímeros ensayados. Es bien sabido que las actividades de
retención y drenaje de los polímeros dependen de varios factores
incluyendo el tipo de fibra que se ha de tratar. Por esta razón se
seleccionaron fibras que fueran significativamente diferentes entre
sí. La primera fue una fibra de cartón de embalaje reciclada al
100%. La segunda fue una fibra utilizada para la producción de
productos de calidad plegable ondulada. Esta fibra era una mezcla de
cartón ondulado viejo (OCC), papel de periódico y cartón para
cajas. Para preparar la tercera fibra se recogieron soluciones
madre espesas y otros aditivos utilizados para la fabricación de
papel calidad publicación. Se preparó la cuarta fibra en el
laboratorio y se parece mucho a la fibra alcalina utilizada por la
industria del papel para la producción de papel satinado.
Utilizando las fibras de ensayo descritas
anteriormente, se emplearon las pruebas de drenaje y retención
descritas también anteriormente para determinar las actividades de
drenaje y retención de las dispersiones A-H y los
polímeros A-H en los Ejemplos
5-9.
Los ensayos de actividad iniciales de los
polímeros de la dispersión DMAEA\cdotMCQ se realizaron con cartón
de embalaje reciclado al 100%. Esta fibra no contenía cargas y la
retención fue principalmente de finos de la fibra. La Figura 1
presenta un gráfico de reducción de turbidez en % frente a la dosis
de polímero para tres de los polímeros de dispersión hidrófila y el
polímero A, floculante de látex normal. Las composiciones de las
dispersiones fueron (1) AcAm/DMAEA\cdotMCQ:97/3, (2)
AcAm/DMAEA\cdotMCQ:95/5 y (3) AcAm/DMAEA\cdotMCQ: 90/10. Las
dispersiones A, B y C presentaban aumento de eficacia del
rendimiento de la retención en comparación con el Polímero A.
Además, la Figura 1 demuestra que se consiguieron reducciones de
turbidez entre el 60 y el 70% con los polímeros de dispersión para
la dosis de aproximadamente 0,4 kg de compuesto activo/1.000 kg (0,8
lbs de compuesto activo/t).
La Figura 2 presenta las mejoras en el drenaje
realizadas mediante los polímeros de dispersión descritos
anteriormente. El copolímero que contiene DMAEA\cdotMCQ 5% molar
presentaba el mejor comportamiento en el drenaje entre las
dispersiones. Sin embargo, el polímero de látex, Polímero A, superó
las dispersiones en el intervalo de dosis completo ensayado. Debe
observarse que las viscosidades intrínsecas de los primeros lotes de
dispersiones hidrófilas fueron significativamente inferiores a las
del Polímero A.
La fibra ondulada recubierta era una mezcla de
OCC, papel de periódico y cartón para cajas. A diferencia del
cartón de embalaje reciclado esta fibra contenía como carga
CaCO_{3}. El % de cenizas del 7,3% se obtuvo por medición
gravimétrica. Los ensayos de actividad preliminares se realizaron
con muestras de polímero IV inferior (11,9-15,7
dl/g) y los datos indicaban algunas tendencias importantes en los
rendimientos del polímero. Los rendimientos tanto de retención como
de drenaje de los polímeros de dispersión mejoraron aumentando el %
molar de DMAEA\cdotMCQ. En general, el copolímero DMAEA\cdotMCQ
10% molar presentó los mejores rendimientos de drenaje y retención
entre las dispersiones probadas.
Los rendimientos de retención de los copolímeros
de dispersión superior a IV (17,0-21,2
dl/g) que contienen DMAEA\cdotMCQ 10 y 20% molar se presentan en
la Figura 3. Las dispersiones D, E, F y G, que contienen
DMAEA\cdotMCQ 10 y 20% molar presentaban actividades de retención
comparables al polímero A con fibra ondulada recubierta.
La Figura 4 presenta las actividades de drenaje
de los copolímeros de dispersión superior a IV que contienen
DMAEA\cdotMCQ 10 y 20% molar. Los resultados demuestran claramente
que para el intervalo de dosificación de 0 a 0,7 kg de compuesto
activo/1.000 kg (0 a 1,5 lbs de compuesto activo/t), los polímeros
de la dispersión hidrófila eran comparables al floculante normal,
Polímero A. A medida que la dosis de polímero aumentaba a 1,8 kg de
compuesto activo/1.000 kg (4,0 lbs de compuesto activo/t.), los
copolímeros DMAEA\cdotMCQ 20% molar continuaban presentando el
comportamiento de drenaje similar al del Polímero A.
La fibra de calidad publicación era una mezcla
de 90% (madera blanda, madera dura, deshechos con alto contenido en
cenizas y deshechos con bajo contenido en cenizas) y 10%
(CaCO_{3}, TiO_{2}, almidón y alúmina). El floculante utilizado
en el momento de la prueba fue el Polímero D (AcAm/NaAc:70/30). La
Figura 5 presenta los resultados de la clasificación en el vaso
Britt de la dispersión y de los polímeros secos. En una base de
compuestos activos igual a 0,7 kg/1.000 kg (1,5 lbs/t), la
dispersión de DMAEA\cdotMCQ al 10% molar (dispersión E) superó a
todos los polímeros incluyendo el Polímero C, Polímero D y Polímero
E, polímero seco disponible en Floereger.
Los resultados de las pruebas de retención y
drenaje realizados con esta fibra se proporcionan en las Figuras 6
y 7. Se compararon dos dispersiones hidrófilas que contenían
DMAEA\cdotMCQ al 10% molar con el Polímero A y el Polímero D. El
gráfico de reducción de turbidez en % frente a la dosis, Figura 6,
demuestra que para dosis bajas de floculantes se consiguieron
reducciones significativas en la turbidez (\sim90%) para cada
polímero. Además, no hay diferencias en las actividades de
retención entre los polímeros de dispersión y de látex.
La Figura 7 demuestra que las actividades de
drenaje de los polímeros de látex y dispersión eran completamente
diferentes. El Polímero A de látex, proporcionó el mejor rendimiento
de drenaje. Éste fue seguido del polímero de dispersión superior a
IV. A las dosis anteriores 0,45 kg/1.000 kg (1,0 lb/t), las mejoras
de drenaje para los dos polímeros de dispersión fueron mayores que
las del Polímero D.
Se preparó una fibra alcalina sintética, que
contenía aproximadamente 30% de CaCO_{3} y carga y, por
consiguiente, tenía la carga mayor entre las fibras preparadas. En
el Ejemplo 8 se cargó almidón catiónico a la fibra en una cantidad
de aproximadamente 4,5 kg/1.000 kg (10 lb/tonelada) de peso
seco de sólidos de la lechada.
La Figura 8 presenta las curvas de retención
para la dosis para dos dispersiones hidrófilas que contienen
DMAEA\cdotMCQ 10% molar y 20% molar (dispersión E y G) en comparación con el Polímero B y el Polímero C. El Polímero B (IV, 19,1 dl/g) es un material de peso molecular mayor que el Polímero A (IV, 17,7 dl/g). Los resultados indican que los polímeros en dispersión hidrófila que contienen DMAEA\cdotMCQ 10 y 20% molar son también adyuvantes de retención muy eficaces para aplicaciones en papel satinado.
DMAEA\cdotMCQ 10% molar y 20% molar (dispersión E y G) en comparación con el Polímero B y el Polímero C. El Polímero B (IV, 19,1 dl/g) es un material de peso molecular mayor que el Polímero A (IV, 17,7 dl/g). Los resultados indican que los polímeros en dispersión hidrófila que contienen DMAEA\cdotMCQ 10 y 20% molar son también adyuvantes de retención muy eficaces para aplicaciones en papel satinado.
Los datos de drenaje para los polímeros probados
con la fibra alcalina normal se dan en la Figura 9. La dispersión
hidrófila que contiene DMAEA\cdotMCQ 20% molar presentaba mejor
drenaje que el Polímero C y el polímero de dispersión
DMAEA\cdotMCQ 10% molar. Su rendimiento de drenaje era comparable
al del Polímero B.
Los resultados anteriores demostraron que los
polímeros de dispersión hidrófila son adyuvantes de retención y
drenaje eficaces para una gama de fibras. Las actividades de los
nuevos polímeros de dispersión en un programa de un solo polímero
eran comparables o a veces mejores que el polímero en emulsión
inversa, Polímero A.
Los efectos de los coagulantes sobre las
actividades de retención y drenaje de dos polímeros de
dispersión
DMAEA\cdotMCQ (DMAEA\cdotMCQ 10 y 20% molar) se evaluaron en un programa con polímero doble y se presentan en las Figuras 10 y 11. Para este estudio se seleccionó la fibra ondulada recubierta. Se utilizaron coagulantes, incluyendo el Polímero F (Epi/DMA), Polímero G (poliDADMAC, IV = 0,55) y Polímero H (poliDADMAC, IV = 1,9). La Figura 10 presenta un aumento de aproximadamente 30% en el rendimiento de retención para la dispersión F, el polímero DMAEA\cdotMCQ 20% molar con adición de 0,9 kg/1.000 kg (2,0 lb/ton.) de poliDADMAC superior a IV. Existían también aumentos mensurables de retención con el Polímero F y el Polímero G. No existieron cambios significativos en las actividades de retención para el polímero DMAEA\cdotMCQ 10% molar (dispersión D) con adición de coagulantes. Los coagulantes presentaban un efecto menos beneficioso en las actividades de drenaje de los dos polímeros de dispersión DMAEA\cdotMCQ (Figura 11).
DMAEA\cdotMCQ (DMAEA\cdotMCQ 10 y 20% molar) se evaluaron en un programa con polímero doble y se presentan en las Figuras 10 y 11. Para este estudio se seleccionó la fibra ondulada recubierta. Se utilizaron coagulantes, incluyendo el Polímero F (Epi/DMA), Polímero G (poliDADMAC, IV = 0,55) y Polímero H (poliDADMAC, IV = 1,9). La Figura 10 presenta un aumento de aproximadamente 30% en el rendimiento de retención para la dispersión F, el polímero DMAEA\cdotMCQ 20% molar con adición de 0,9 kg/1.000 kg (2,0 lb/ton.) de poliDADMAC superior a IV. Existían también aumentos mensurables de retención con el Polímero F y el Polímero G. No existieron cambios significativos en las actividades de retención para el polímero DMAEA\cdotMCQ 10% molar (dispersión D) con adición de coagulantes. Los coagulantes presentaban un efecto menos beneficioso en las actividades de drenaje de los dos polímeros de dispersión DMAEA\cdotMCQ (Figura 11).
Claims (6)
1. Utilización de un polímero de dispersión
hidrófila que resulta de la polimerización de monómeros que
comprende:
(i) un monómero catiónico de fórmula (I)
en la que R_{1} es H o CH_{3};
cada R_{2} y R_{3} es un grupo alquilo con 1 a 2 átomos de
carbono; R_{4} es H o un grupo alquilo de 1 ó 2 átomos de
carbono; A' es un átomo de oxígeno o NH; B' es un grupo alquileno
de 2 a 4 átomos de carbono o un grupo hidroxipropileno; y X^{-} es
un contraión aniónico;
y
(ii) un segundo monómero representado por
(met)acrilamida en una solución acuosa de una sal aniónica
polivalente para aumentar la retención y el drenaje en un proceso
de fabricación de papel que comprende:
- a)
- formar una lechada celulósica acuosa para fabricación de papel;
- b)
- añadir una cantidad eficaz de dicho polímero de dispersión hidrófila a la lechada;
- c)
- drenar la lechada para formar una hoja; y
- d)
- secar la hoja;
con la condición de que el polímero
de dispersión hidrófilo no se utilice para el tratamiento de
desechos reciclados
recubiertos.
2. Utilización según la reivindicación 1, en la
que el polímero de dispersión hidrófila es un copolímero de cloruro
de metil dimetilaminoetil acrilato cuaternario y acrilamida y en la
que la cantidad de cloruro de metil dimetilaminoetil acrilato
cuaternario presente en el copolímero está comprendida entre
aproximadamente 2% molar y aproximadamente 20% molar.
3. Utilización según la reivindicación 1, en la
que el polímero de dispersión se añade en una cantidad comprendida
entre aproximadamente 0,4 y aproximadamente 0,9 kg (0,8 a
aproximadamente 2,0 libras) de material activo por cada 1.000 kg de
sólidos de la lechada.
4. Utilización según la reivindicación 1, en la
que el polímero de la dispersión hidrófila presenta una viscosidad
intrínseca comprendida entre aproximadamente 11,9 y aproximadamente
21,2 decilitros por gramo.
5. Utilización según la reivindicación 1, que
comprende además la etapa que consiste en añadir un coagulante
antes de la adición del polímero de dispersión hidrófila,
seleccionándose el coagulante de entre el grupo constituido por
Epi/DMA y cloruro de dialil dimetil amonio polimérico.
6. Utilización según la reivindicación 5, que
comprende además la etapa que consiste en añadir un almidón
catiónico a la materia prima en una cantidad de aproximadamente 4,5
kg/1.000 kg (10 lb/ton.) de peso seco de sólidos de la lechada.
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