ES2295508T3 - Composiciones y metodos para inhibir deposiciones organicas contaminantes en sistemas de pasta de papel y de fabricacion de papel. - Google Patents
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Abstract
Método para inhibir la deposición de contaminantes orgánicos procedentes de la pasta de papel sobre las superficies de la maquinaria y de los equipos de fabricación de papel en los sistemas de fabricación de papel y de pasta de papel, que comprende la pulverización sobre dichas superficies de una cantidad inhibidora de la deposición eficaz de un agente tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo, en solución con un catión multivalente, caracterizado porque la proporción en peso entre dicho agente tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo y el catión multivalente oscila entre 1:4 y 1:100.
Description
Composiciones y métodos para inhibir
deposiciones orgánicas contaminantes en sistemas de pasta de papel y
de fabricación de papel.
La presente invención se refiere a composiciones
y métodos para inhibir la deposición de contaminantes orgánicos en
sistemas de pasta de papel y de fabricación de papel.
La deposición de contaminantes orgánicos en la
industria de la pasta de papel y de la fabricación de papel puede
provocar problemas tanto de calidad como de eficacia en los sistemas
de pasta de papel y de fabricación de papel. Algunos componentes se
encuentran de forma natural en la madera y se liberan durante
diversos procesos de producción de la pasta de papel y de la
fabricación de papel. Se puede emplear el término "brea"
("pitch") para referirse a aquellos depósitos formados por
constituyentes orgánicos que pueden tener su origen en estas
resinas naturales, sus sales, así como los ligantes para
revestimientos, agentes de apresto y productos químicos
antiespumantes que se pueden encontrar en la pulpa. Además, con
frecuencia el "pitch" contiene componentes inorgánicos tales
como carbonato de calcio, talco, arcillas, titanio y materiales
similares.
"Stickies" (sustancias adheridas) es un
término cada vez más empleado para describir los depósitos que se
encuentran en aquellos sistemas que emplean fibra reciclada. Estos
depósitos a menudo contienen los mismos materiales que los
encontrados en los depósitos de "pitch", además de adhesivos,
masas fundidas calientes, ceras y tintas. Todos los materiales
anteriormente mencionados presentan muchas características comunes,
las cuales incluyen: hidrofobicidad, capacidad de desespumación,
adherencia, baja energía superficial y potencial para causar
problemas con la deposición, calidad y eficacia en el proceso. El
Diagrama I muestra la compleja relación entre el "pitch" y las
adhesiones discutidas aquí.
Diagrama
I
La deposición de contaminantes orgánicos puede
ir en detrimento de la eficacia en la fábrica de pasta de papel o
de papel, dando como resultado tanto una menor calidad como una
menor eficacia operativa. Los contaminantes orgánicos pueden
depositarse sobre los equipos de procesamiento en los sistemas de
fabricación de papel, lo que provoca dificultades operacionales en
los sistemas. La deposición de contaminantes orgánicos sobre los
reguladores de consistencia y demás instrumentos de medida puede
inutilizar estos componentes. Los depósitos sobre las pantallas
pueden reducir el rendimiento total y la operación de separación de
fibras del sistema. Esta deposición puede producirse no solamente
sobre las superficies metálicas del sistema, sino también sobre
superficies plásticas y sintéticas tales como el cableado de las
máquinas, fieltros, chapas, cajas Uhle y componentes de la caja de
cabeza.
Históricamente, los diversos problemas de
depósitos orgánicos, brea (pitch) y sustancias adheridas (stickies),
se han manifestado por separado y de diferente manera y han sido
tratados de forma diferenciada y separada. Desde el punto de vista
físico, los depósitos de "pitch" se normalmente se forman a
partir de partículas microscópicas de material adhesivo (natural o
artificial) en la pasta de papel que se acumula en el equipo de
fabricación de papel o pulpa. Estos depósitos pueden localizarse
fácilmente en las paredes de los recipientes de pasta de papel, en
las chapas de la máquina para fabricar papel, cajas Uhle, cables de
la máquina para fabricar papel, fieltros de la prensa húmeda,
fieltros del secador, recipientes del secador y rodillos para
satinar. Las dificultades relacionadas con estos depósitos incluyen
una interferencia directa con la eficacia de la superficie
contaminada, por tanto, una menor producción, así como agujeros,
suciedad y demás defectos de la hoja, que reducen la calidad y
utilidad del papel para operaciones siguientes tales como el
revestimiento, la transformación o la impresión.
Desde el punto de vista físico, los
"stickies" normalmente son partículas de tamaño visible o casi
visible en la pasta papelera, que tienen su origen en la fibra
reciclada. Estos depósitos tienden a acumularse sobre las numerosas
mismas superficies que aquellas donde se encuentra el "pitch" y
causan las numerosas mismas dificultades que éste. Sin embargo, los
depósitos más importantes asociados a los "stickies" tienden a
localizarse sobre los cables de las máquinas, fieltros húmedos,
fieltros de secador y recipientes del secador.
Para la industria, los métodos para impedir la
formación de depósitos sobre el equipo de pasta de papel y papelera
y sobre las superficies son de gran importancia. Las máquinas de
papel se pueden parar para su limpieza, pero la operación de
plegado para la limpieza no es deseable debido a la consecuente
pérdida de productividad, de calidad pobre, al mismo tiempo que se
contamina parcialmente y se ensucia, lo que ocurre cuando los
depósitos se rompen y se incorporan en la hoja. Por tanto, el hecho
de prevenir la deposición es altamente preferente cuando se puede
poner en práctica de forma eficaz.
En el pasado los depósitos de "stickies" y
los depósitos de "pitch" se han manifestado típicamente en
distintos sistemas. Esto era así debido a que las papeleras
utilizaban normalmente sólo fibra virgen o sólo fibra reciclada. A
menudo se utilizaron estrategias y productos químicos de tratamiento
muy diferentes para controlar estos problemas por separado.
Las tendencias actuales se basan en un mayor uso
obligatorio de la fibra reciclada en todos los sistemas. Esto está
provocando la co-aparición de problemas de
"stickies" y "pitch" en determinadas papeleras. Es
deseable encontrar estrategias y productos químicos de tratamiento
que sean muy eficaces en la eliminación de ambos problemas sin
tener que proporcionar dos o más productos químicos separados. Los
materiales de esta invención han demostrado claramente su capacidad
para conseguir este objetivo.
La
US-A-4.107.073 describe
composiciones que incluyen sulfosuccinato de dioctilo para su uso
como dispersantes para ayudar a reducir la brea ("pitch") en
la fabricación de pasta de papel y de papel.
La presente invención proporciona composiciones
y métodos para inhibir la deposición de contaminantes orgánicos
tales como la brea (pitch) y sustancias adheridas (stickies) en los
sistemas de fabricación de papel y de pasta de papel.
Según un aspecto de la invención, se proporciona
un método para inhibir la deposición de contaminantes orgánicos
procedentes de la pasta de papel sobre las superficies de la
maquinaria y de los equipos de fabricación de papel en los sistemas
de fabricación de papel y de pasta de papel, método que comprende la
pulverización sobre dichas superficies de una cantidad eficaz para
la inhibición de la deposición de un agente tensioactivo aniónico
de sulfosuccinato de dinonilo, que oscila entre 1:4 y 1:100 con
respecto al catión multivalente.
Igualmente de acuerdo con la invención, se
proporciona una composición que comprende un agente tensioactivo
aniónico de sulfosuccinato de dinonilo, así como un catión
multivalente en la que la proporción en peso entre dicho agente
tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo y el catión
multivalente oscila entre 1:4 y 1:100.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.184.912 enseña
métodos para controlar la deposición de brea (pitch) procedente de
la pasta de papel en los sistemas de fabricación de papel que
utilizan una composición de tres componentes, la cual comprende un
agente tensioactivo no iónico, un dispersante aniónico y un polímero
aniónico con un peso molecular inferior a 100.000.
La Patente 4.184.912 sugiere que los agentes
tensioactivos aniónicos adecuados se seleccionan de entre una
variedad de agentes tensioactivos que incluye sulfosuccinato de
dialquil-sodio. Sin embargo, no aparece demostración
alguna de que el agente tensioactivo aniónico o cualquier
sulfosuccinato de dialquil-sodio particular sea
eficaz en la inhibición de la brea por sí mismo.
\newpage
La presente invención se refiere a composiciones
y a métodos para inhibir la deposición de contaminantes orgánicos
procedentes de la pasta de papel sobre las superficies de la
maquinaria de fabricación de papel en los sistemas de fabricación
de pasta de papel y de papel, los cuales comprenden la aplicación,
en una cantidad inhibidora de la deposición eficaz, de un agente
tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo sobre las
superficies de la maquinaria de fabricación de papel.
La presente invención se refiere también a una
composición que sirve para inhibir la deposición de contaminantes
orgánicos que comprende un agente tensioactivo aniónico de
sulfosuccinato de dinonilo y un catión multivalente.
Los contaminantes orgánicos incluyen
constituyentes que se producen en la pasta de papel (virgen,
reciclado o combinaciones de los mismos) que tienen la capacidad de
depositarse y de reducir el rendimiento de la máquina de papel o de
la calidad del papel. Estos contaminantes incluyen, sin limitarse a
los mismos, resinas naturales tales como ácidos grasos, ácidos
resinosos, sus sales insolubles, ésteres grasos, esteroles y demás
constituyentes orgánicos tales como
etilen-bis(estearamida), ceras, agentes de
apresto, adhesivos, masas fundidas calientes, tintas,
antiespumantes y látex, los cuales pueden depositarse en los
sistemas de fabricación de papel.
Sorprendentemente se ha descubierto que entre
los sulfosuccinatos de dialquilo sometidos a prueba, los
sulfosuccinatos de dinonilo muestran el mejor rendimiento para
inhibir las sustancias adheridas (stickies)/brea (pitch). Además,
se demostró que la presencia de cationes multivalentes, tales como
de calcio, aumentaba notablemente su eficacia. Los cationes
multivalentes se seleccionan de entre el grupo consistente en, sin
limitarse a, calcio, magnesio y bario. En consecuencia, es posible
producir un inhibidor muy eficaz para su utilización en los sistemas
de fabricación de papel y de pasta de papel.
La proporción en peso entre el agente
tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo y el catión
multivalente oscila entre 1:4 y 1:100. Preferentemente, esta
proporción en peso se encuentra en el rango de 1:10 a 1:80.
Las composiciones de la presente invención son
eficaces en la inhibición de la deposición de contaminantes
orgánicos en los sistemas de fabricación de papel. Estos pueden
incluir sistemas Kraft, sulfito ácido, papel de pasta mecánica y
fibra reciclada. Por ejemplo, se puede inhibir la deposición en el
lavador de pasta de papel para embalaje, sala de limpieza y sistema
Decker en los procesos de fabricación de papel Kraft. Por el
término "sistemas de fabricación de papel" se entiende que
incluye todos los procesos de pasta de papel. En general, se piensa
que estas composiciones pueden utilizarse para inhibir la deposición
sobre todas las superficies del sistema de fabricación de papel,
desde la fábrica de pasta de papel hasta la bobina de la máquina de
papel, que tiene un pH de 3 a 11, y en una diversas condiciones del
sistema. De forma más específica, las composiciones de
sulfosuccinato de dinonilo disminuyen eficazmente la deposición no
sólo sobre las superficies metálicas, sino también sobre
superficies plásticas y sintéticas tales como cables de la máquina,
fieltros, chapas, cajas Uhle, rodillos y componentes de la caja de
cabeza.
Las composiciones de la presente invención se
pueden utilizar con otros aditivos de pasta de papel y de
fabricación de papel, que incluyen, sin limitarse a los mismos,
almidones, dióxido de titanio, antiespumantes, resinas de refuerzo
en húmedo y auxiliares de apresto.
Las composiciones de la invención pueden
pulverizarse sobre las superficies afectadas por la deposición, por
ejemplo cables, fieltros de prensa, rodillos de prensa y demás
superficies con tendencia a la deposición.
Las composiciones de la presente invención
pueden utilizarse puras, en polvo, como lechada o en solución;
siendo el principal disolvente preferente el agua, aunque sin
limitarse a la misma. Preferentemente la composición se diluye con
agua hasta una concentración de inhibidor satisfactoria.
En la presente invención, el término "cantidad
inhibidora eficaz de la deposición" se define como aquella
cantidad que es suficiente para inhibir la deposición en los
sistemas de fabricación de papel y de pasta de papel. La cantidad
eficaz que se debe añadir al sistema de fabricación de papel depende
de diversas variables, que incluyen el pH del sistema, la dureza
del agua, la temperatura del agua, aditivos adicionales y del
contenido y tipo de contaminante orgánico de la pasta de papel.
Generalmente, al sistema de fabricación de papel se añaden de 0,5
partes a 150 partes de la composición de la invención por millón de
partes de pasta de papel. Preferentemente, se añaden al sistema de
2 partes a 100 partes de la composición de la invención por millón
de partes de pasta de papel.
Además, las nuevas composiciones han demostrado
ser eficaces contra la presencia de problemas de deposición
orgánica, tanto de brea (pitch) como de sustancias adheridas
(stickies), proporcionando una reducción efectiva de estos
problemas en las fábricas de papel que utilizan variedad de fuentes
de fibra reciclada y virgen.
Los datos enunciados a continuación fueron
desarrollados para demostrar los resultados inesperados ocasionados
por el uso de la presente invención. Lo que sigue se incluye en
calidad de ilustración de la presente invención y no debe ser
interpretado como limitativo del alcance de la misma.
Se utilizó la técnica tipo Wilhelmy para obtener
tensiones superficiales y hacer disminuir los ángulos de contacto
de un sólido sumergido en las soluciones que contienen distintos
tratamientos. Se utilizó un tensiómetro Kruss K-12.
El experimento se realizó a temperatura ambiente (23ºC).
Básicamente, se pone en contacto una placa de platino limpia y con
una geometría exactamente conocida con el líquido y se mide la
fuerza que actúa sobre la placa mediante una microbalanza. La
tensión superficial del líquido se calcula a partir de la fuerza
medida:
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\vskip1.000000\baselineskip
\gamma = tensión superficial; P =
fuerza medida (Wilhelmy); L = Longitud en
mojado.
\theta es el ángulo de contacto entre la
tangente en la línea de humedecimiento y la superficie de la placa.
Para determinar la tensión superficial se utiliza una placa de
platino rugosa y limpia, siendo su ángulo de contacto de cero.
Se utilizó una película de poliéster como
sustrato sólido para la medida del ángulo de contacto. Se eligió
este material porque, con frecuencia, los tejidos conformadores de
la máquina de papel están hechos de poliéster, que es susceptible
de considerables problemas de deposición causados por las sustancias
adheridas y/o la brea. El ángulo de contacto proporciona
información sobre la hidrofobicidad de una superficie de sustancias
adheridas simulada y sobre el cambio en la hidrofobicidad cuando se
adsorben o desorben en la superficie materiales activos. Un ángulo
de contacto más pequeño indica que la superficie es menos propensa a
la deposición de sustancias adheridas y/o brea. Es preferente un
ángulo de contacto cero. La tensión superficial proporciona
información sobre la actividad superficial de los agentes
tensioactivos. Una tensión superficial baja indica que el agente
tensioactivo puede emulsionarse y, por tanto, estabilizar la
dispersión de brea de forma más eficaz. Una dispersión estable, a
su vez, minimizará o impedirá la deposición. Se indican los
resultados de estas pruebas en la Tabla I.
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\vskip1.000000\baselineskip
Cuando se compara con los demás agentes
tensioactivos de sulfosuccinato de dialquilo indicados
anteriormente, se puede observar que los agentes tensioactivos de
sulfosuccinato de dinonilo ramificados y lineales muestran un
ángulo de contacto y una tensión superficial mucho más pequeños que
sus homólogos. Los datos hacen suponer que los sulfosuccinatos de
dinonilo son excelentes agentes reductores de la pegajosidad y de
estabilización de la brea. Los resultados presentados en la Tabla I
muestran también que este agente tensioactivo forma complejos con
cationes multivalentes, tales como calcio, y pueden además reducir
notablemente el ángulo de contacto y la tensión superficial en
comparación con los iones monovalentes tales como iones sodio.
Con el fin de establecer la eficacia de las
composiciones de la invención como agentes de control de la
deposición sobre superficies de plástico y, en particular para los
contaminantes adhesivos del tipo encontrado en la pasta de papel
reciclada, se desarrolló una prueba de laboratorio utilizando cintas
con ambas caras adhesivas como muestra de sustancias adheridas. La
muestra de sustancias adheridas se puede fabricar a partir de
cualquier tipo de cinta adhesiva que no se desintegre en agua. Para
este estudio, se utilizaron cintas hechas a partir de un caucho de
estirenobutadieno y ésteres vinílicos. Ambos contaminantes orgánicos
potenciales son conocidos por causar problemas de sustancias
adheridas en la utilización de fibras secundarias. Se fabricó una
segunda muestra a partir de una película de poliéster como MYLAR®,
producto comercializado por DuPont Chemical Company. Se eligió este
material porque las telas formadas por la máquina de papel con
frecuencia están hechas de poliéster, que es propenso a problemas
de deposición considerables causados por las sustancias
adheridas/brea.
Esta prueba implicó la inmersión de una cinta
adhesiva de 2'' x 4'' y una muestra de poliéster Mylar de 2'' x 4''
en una solución de 600 gramos a ensayar. La solución, contenida en
un vaso de pico de 600 ml, se colocó en un baño de agua agitando y
calentando hasta la temperatura deseada. Después de 30 minutos de
inmersión, se retiran la cinta y la muestra de la solución y se
prensan a una fuerza de 10.000 lb durante un minuto. Entonces se
utiliza un instrumento de prueba a la tracción (Instron) para medir
la fuerza necesaria para separar ambos. Una reducción en la fuerza
necesaria indica que la "sustancia adherida" presenta menor
pegajosidad. El % de control o reducción de la pegajosidad se
calcula mediante la ecuación siguiente:
% de recucción
de la pegajosidad = \frac{\text{Fuerza en no tratado - Fuerza en
tratado}}{\text{Fuerza en no tratado}} \times
100.
Los resultados de esta prueba se presentan en la
Tabla II.
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Estos resultados muestran claramente que entre
los agentes tensioactivos de sulfosuccinato de dialquilo sometidos
a prueba, el sulfosuccinato de dinonilo demostró el mejor
rendimiento, tal como lo refleja su fuerza de adherencia ultra
baja.
Además, la eficacia aumenta notablemente cuando
se utilizaba este agente tensioactivo junto con iones calcio, en
comparación con iones sodio.
Para demostrar la factibilidad de la presente
invención en las condiciones presentes de la papelera, se
suministraron 5 ppm de un sulfosuccinato de dinonilo ramificado en
la bomba con ventilador de una máquina de tela Southern durante un
período de 7 días. Durante el ensayo, la deposición de sustancias
adheridas ("stickies") sobre la máquina de papel y la sección
de secado de la rebobinadora se redujo notablemente a unos niveles
por debajo de los típicamente observados en la máquina. La
deposición se minimizó mucho en todas las zonas de la máquina,
incluidos los fieltros, sección de prensa y sección de secado de la
rebobinadora. La rebobinadora era la zona de la máquina más
accesible y, por tanto, la que se controló con más cuidado en cuanto
a la deposición de sustancias adheridas. Durante el ensayo de 7
días, nunca hizo falta que se limpiaran las prensas de la
rebobinadora. Sin embargo, al cesar el suministro de producto, las
prensas de la rebobinadora rápidamente (dos bobinas de papel o
menos) se cubrieron de sustancias adheridas e hizo falta limpiar con
disolventes las prensas para evitar la rasgadura de la tela al
pasar por la rebobinadora.
Aunque se haya descrito esta invención con
respecto a las realizaciones particulares de la misma, es evidente
que numerosas otras formas y modificaciones de esta invención serán
obvias para los especialistas en materia. Se debe interpretar
generalmente que las reivindicaciones adjuntas y esta invención
cubren todas estas formas y modificaciones obvias que se encuentran
dentro del espíritu real y del alcance de la presente invención.
Claims (15)
1. Método para inhibir la deposición de
contaminantes orgánicos procedentes de la pasta de papel sobre las
superficies de la maquinaria y de los equipos de fabricación de
papel en los sistemas de fabricación de papel y de pasta de papel,
que comprende la pulverización sobre dichas superficies de una
cantidad inhibidora de la deposición eficaz de un agente
tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo, en solución con
un catión multivalente, caracterizado porque la proporción
en peso entre dicho agente tensioactivo aniónico de sulfosuccinato
de dinonilo y el catión multivalente oscila entre 1:4 y 1:100.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho sulfosuccinato de dinonilo se
pulveriza sobre las superficies en una cantidad que oscila entre
0,5 partes y 150 partes por millón de partes de pasta de papel.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho catión multivalente se selecciona
de entre el grupo consistente en calcio, magnesio y bario.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas
superficies se seleccionan de entre el grupo consistente en cables,
fieltros de la prensa, rodillos de la prensa y recipientes del
secador.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos
contaminantes orgánicos son depósitos de sustancias adheridas
(stickies).
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos
contaminantes orgánicos son depósitos de brea (pitch).
7. Composición que comprende un agente
tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo y un catión
multivalente, caracterizada porque la proporción en peso
entre dicho agente tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de
dinonilo y el catión multivalente oscila de 1:4 a 1:100.
8. Composición según la reivindicación 7,
caracterizada porque el catión multivalente se selecciona de
entre el grupo consistente en calcio, magnesio, bario y mezclas de
los mismos.
9. Composición según la reivindicación 7 u 8,
caracterizada porque dicho catión multivalente es calcio.
10. Composición según la reivindicación 7 u 8,
caracterizada porque el catión multivalente es magnesio.
11. Composición según la reivindicación 7 u 8,
caracterizada porque el catión multivalente es bario.
12. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 11, caracterizada porque la proporción
en peso entre dicho agente tensioactivo aniónico de sulfosuccinato
de dinonilo y el catión multivalente oscila entre 1:10 y 1:80.
13. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 12, caracterizada porque el agente
tensioactivo aniónico de sulfosuccinato de dinonilo es un
sulfosuccinato de dinonilo ramificado.
14. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, que comprende además un disolvente.
15. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, que comprende además agua.
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