ES2313332T3 - Polimeros cationicos que contienen 2-hidroxietil-metacrilico como promotores para calibrado asa. - Google Patents

Polimeros cationicos que contienen 2-hidroxietil-metacrilico como promotores para calibrado asa. Download PDF

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Abstract

Un polímero catiónico útil como aditivo para la fabricación de papel que se obtiene copolimerizando (1) 1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de un monómero vinílico seleccionado del grupo que está constituido por la fórmula (I), fórmula (Ia) y combinaciones de los mismos, en el que la fórmula (I) y la fórmula (Ia) son del siguiente modo: CH2 = CR1 - COA(CH2)nN + R2R2R3 X- (I) (CH 2 = CHCH 2) 2N + (R 2) 2 X- (Ia) en las que R1 es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R 2 y R 3 son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X - es un ión de sulfato de metilo; y (2) un monómero vinílico de fórmula: CH 2 = CR 4 - CONH 2 en la que R4 es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo; y (3) un monómero vinílico seleccionado del grupo que está constituido por la fórmula (III), (IIIa) y combinaciones de los mismos, en el que la fórmula (III) y (IIIa) son del siguiente modo: CH2 = CR5COO(CH2)nOH (III) CH2 = CR6COO(CH2)mCHOHCH2OH (IIIa) en las que R 5 y R 6 es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1-4, inclusive, y m es 1 ó

Description

Polímeros catiónicos que contienen 2-hidroxietil-metacrílico como promotores para calibrado ASA.
Antecedentes
La presente invención se refiere a polímeros que son útiles en aditivos para papel.
El "encolado", como se aplica al papel, se refiere a la capacidad de un sustrato fibroso de resistir la humectación o penetración de un líquido en una hoja de papel. Las dispersiones acuosas de agente de encolado reactivo con celulosa de anhídrido alquenilsuccínico (ASA) se han usado ampliamente durante muchos años en la industria de la fabricación de papel y cartón para encolar una amplia variedad de calidades que incluyen calidades de impresión y escritura y calidades de cartón blanqueado y sin blanquear. Las emulsiones de anhídrido alquenilsuccínico reactivas con celulosa confieren propiedades hidrófobas a los productos de papel y cartón.
Los productos químicos usados para lograr propiedades de encolado se conocen como colas internas o colas superficiales. Las colas internas pueden ser o colas basadas en colofonia o sintéticas tales como anhídrido alquenilsuccínico, u otros materiales. Las colas internas se añaden a la pasta de papel antes de la formación de hojas. Las colas superficiales son agentes de encolado que se añaden después de formarse la hoja de papel, lo más generalmente en la prensa de encolado, aunque también pueden usarse aplicaciones por pulverización.
Un agente de encolado sintético tal como el agente de encolado de anhídrido alquenilsuccínico se aplica generalmente dispersándolo en una sustancia hidrófila catiónica o anfótera tal como un almidón o un polímero. Las emulsiones de encolado de anhídrido alquenilsuccínico disperso en almidón o polímero se añaden a la suspensión de pasta antes de la formación de una banda de papel. Este tipo de adición de emulsiones de encolado de anhídrido alquenilsuccínico al sistema de fabricación de papel se llama comúnmente adición en el extremo húmedo o adición interna de anhídrido alquenilsuccínico.
Los fabricantes de papel se beneficiarían de un polímero catiónico o anfótero que sería diferente de los polímeros conocidos y, preferentemente, que también potenciaría la eficiencia de encolado de productos de papel. Desafortunadamente, los procedimientos y composiciones conocidos han impedido que los fabricantes de papel logren este objetivo. Las composiciones y procedimientos conocidos requieren una cantidad excesivamente grande de materiales para encolar productos de papel. Los fabricantes de papel están presionados para mejorar la eficiencia de encolado y, como tal, hay una necesidad continua de desarrollar productos y procedimientos que mejoren la eficiencia de encolado.
Debido a las razones anteriores, existe la necesidad de desarrollar un aditivo para papel que mejore la eficiencia de encolado de productos de papel.
Resumen
La invención se refiere a un polímero catiónico útil como aditivo para la fabricación de papel que se obtiene copolimerizando:
(1) 1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2} N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
(2) un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo; y
(3) un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CH(OH)CH_{2}OH
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1-4, inclusive, y m es 1 ó 2.
En otra realización, la invención se refiere a un polímero anfótero útil como aditivo para la fabricación de papel que se obtiene copolimerizando
(1) un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR1-COA(CH2)n N + R2R2R3 X-
(Ia)O(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
(2) un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
(3) un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH2)nOH
o
(IIIa)CH2=CR6COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y n es 1 ó 4 y m es 1 ó 2 ; y
(4) un monómero vinílico aniónico de fórmula:
(IV)CH_{2}=CR_{7}COOR_{8}
en la que R_{7} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R_{8} es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino o un grupo amonio.
En otra realización, la invención se refiere a un procedimiento para preparar el polímero catiónico o a un procedimiento para preparar el polímero anfótero.
En otra realización, la invención se refiere a un procedimiento que comprende (a) proporcionar masa de papel; (b) añadir a la masa de papel una composición que comprende: (i) agente de encolado sintético, y (ii) el polímero catiónico o polímero anfótero anteriormente descrito, y (c) formar una banda de dicha masa de papel de forma que la banda presente una eficiencia de encolado mejorada con respecto a una banda fabricada sin el polímero catiónico.
Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas.
Descripción
La invención se basa en el notable descubrimiento de que mediante el uso de un cierto polímero catiónico o polímero anfótero ahora es posible potenciar la eficiencia de encolado de un producto de papel.
Aparte de en los ejemplos de funcionamiento o cuando se indique de otro modo, todos los números o expresiones referentes a cantidades de componentes, condiciones de reacción, etc., usados en la memoria descriptiva y reivindicaciones deben entenderse como modificadas en todos los casos por el término "aproximadamente". En esta solicitud de patente se desvelan diversos intervalos numéricos. Debido a que estos intervalos son continuos, incluyen cada valor entre los valores mínimos y máximos. A menos que se indique expresamente lo contrario, los diversos intervalos numéricos especificados en esta solicitud son aproximaciones.
El término "papel", como se usa en este documento, pretende incluir sustratos fibrosos que incluyen no sólo papel como comúnmente se usa el término, sino todos los tipos de productos basados en celulosa en forma de hojas y bandas que incluyen, por ejemplo, cartón y cartulina. Las composiciones de encolado pueden añadirse a cualquier masa que contenga fibras celulósicas, opcionalmente en combinación con cargas minerales, y normalmente el contenido de fibras celulósicas es al menos 50% en peso, basado en la masa seca. Ejemplos de cargas minerales de tipos convencionales incluyen caolín, arcilla china, dióxido de titanio, yeso, talco y carbonatos cálcicos naturales y sintéticos tales como caliza, mármol molido y carbonato cálcico precipitado.
Un polímero catiónico de la invención se obtiene copolimerizando el 1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de
(1) un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)n N + R2R2R3 X-
o
(Ia)(CH2=CHCH2)2 N+(R_{2})_{2} \ X^{-}
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
(2) un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo; y
(3) un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH2=CR5COO(CH2)nOH
o
(IIIa)CH2=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1-4, inclusive, y m es 1 ó 2.
El agente de encolado sintético puede ser cualquier agente de encolado que pueda conferir propiedades de encolado deseadas. Agentes de encolado preferidos incluyen anhídrido alquenilsuccínico (ASA) y dímero de alquilceteno (AKD), y dímero de alquenoceteno, isocianatos de alquilo y anhídridos de alquilo.
El monómero vinílico (I) puede ser un monómero vinílico que contiene un grupo de amonio cuaternario producido mediante cuaternización de un éster de dialquilaminoalquilo de ácido acrílico o ácido metacrílico con un haluro de alquilo o sulfato de alquilo. Ejemplos específicos del monómero vinílico (I) incluyen productos cuaternizados resultantes de acrilato de dimetilaminoetilo, acrilato de dietilaminoetilo, metacrilato de dimetilaminoetilo, metacrilato de dietilaminoetilo, etc. Como agente de cuaternización puede ejemplificarse cloruro de metilo, bromuro de metilo, yoduro de metilo, bromuro de etilo, etc.
El monómero vinílico (Ia) puede incluir cloruro de dialildimetilamonio.
El monómero vinílico (II) incluye acrilamida y metacrilamida. Estos monómeros son eficaces en aumentar el peso molecular del polímero resultante debido a su alta capacidad de polimerización. También son eficaces en mejorar la solubilidad del agua del polímero producido.
El monómero vinílico (III) puede incluir (met)acrilato de hidroximetilo, (met)acrilato de 2-hidroxietilo, (met)acrilato de hidroxiprolilo y (met)acrilato de hidroxibutilo.
\newpage
El monómero vinílico (IIIa) puede incluir (met)acrilato de 2,3-dihidroxipropilo y (met)acrilato de 3,4-dihidroxibutilo.
El monómero vinílico catiónico del polímero catiónico oscila de al menos el 1 al 99% en mol.
En una realización, el polímero catiónico tiene un metacrilato de 2-hidroxietilo que oscila del 1 al 30 por ciento en mol. En otra realización, el polímero catiónico tiene un metacrilato de 2-hidroxietilo que oscila del 2 al 20 por ciento en mol. En otra realización, el polímero catiónico tiene un metacrilato de 2-hidroxietilo que oscila del 5 al 10 por ciento en mol.
Aunque no se requiera, el polímero catiónico puede ser reticulado o ramificado.
El polímero anfótero de la invención se obtiene generalmente copolimerizando:
(1) un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH2=CR1-COA(CH2)n N + R2R2R3 X-
o
(Ia)(CH2=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2}X^{-}
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
(2) un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH2=CR_{4}-CONH_{2}
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
(3) un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{2}OH
o
(IIIa) CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
en las que R_{5} y R_{6} son un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y n es 1 ó 4 y m es 1 ó 2; y
(4) un monómero vinílico aniónico de fórmula:
(IV)CH_{2}=CR_{7}COOR_{8}
en la que R_{7} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R_{8} es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino, grupo amonio.
El monómero vinílico aniónico (IV) puede incluir ácido acrílico o ácido metacrílico.
El polímero anfótero tiene preferentemente un contenido de monómero de carga aniónica de hasta el 40 por ciento en mol.
El peso molecular del polímero catiónico o polímero anfótero varía dependiendo de las necesidades en cuestión. En una realización, el polímero catiónico o polímero anfótero tiene un peso molecular que oscila de 10.000 a 3.000.000 dalton de peso molecular promedio. En otra realización, el polímero catiónico o polímero anfótero tiene un peso molecular que oscila de 100.000 a 2.000.000 dalton de peso molecular promedio. En otra realización, el polímero catiónico o polímero anfótero tiene un peso molecular que oscila de 100.000 a 1.000.000 dalton de peso molecular promedio. Los pesos moleculares declarados en este documento son promedio en peso.
\newpage
La proporción de los monómeros vinílicos que van copolimerizarse puede variar dependiendo de las propiedades deseadas del polímero resultante, los tipos de monómeros usados, el modo de polimerización que va a adoptarse, etc. Pero la proporción molar de los monómeros vinílicos (1), (2), (3) y (4) es normalmente aproximadamente de 1 a 99:1 a 99:1 a 30:0 hasta 40, o aproximadamente 1 a 10:1 a 85:2 a 10:0 hasta 5.
La copolimerización de los monómeros vinílicos puede llevarse a cabo en un medio acuoso en presencia de un catalizador mediante un procedimiento convencional por sí tal como polimerización en disolución, polimerización en emulsión o polimerización por precipitación.
En el caso de polimerización en disolución, como medio de reacción puede emplearse agua, un alcohol inferior o su mezcla, entre los que se prefiere particularmente el uso de agua. La concentración total de los monómeros vinílicos en el medio acuoso puede ser de aproximadamente el 5 al 80% en peso. Dependiendo de la concentración total o composición de los monómeros vinílicos, el polímero se produce en una forma que oscila de un líquido fluidizable a un sólido no fluidizable. Si el producto es un líquido, puede usarse como tal. Si el producto es un sólido, puede machacarse, si es necesario, seguido por secado para dar un material pulverulento.
En uso, la invención proporciona procedimientos valiosos. En una realización, la invención se refiere a un procedimiento que incluye las etapas de (a) proporcionar masa de papel; (b) añadir a la masa de papel una composición que comprende: (i) agente de encolado sintético, y (ii) un polímero catiónico útil como aditivo para papel obtenido copolimerizando:
(1) 1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH2=CR1-COA(CH2)n N + R2R2R3 X-
\vskip1.000000\baselineskip
o
(Ia)(CH2=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
(2) un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
(3) un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\vskip1.000000\baselineskip
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y n es 1-4, inclusive, y m es 1 ó 2, (iii) agua o disolución de almidón, y
(c) formar una banda de dicha masa de papel de forma que la banda presente una eficiencia de encolado mejorada con respecto a una banda fabricada sin el polímero catiónico.
Si se usa el polímero anfótero de la invención, la invención proporciona un procedimiento que incluye las etapas de (a) proporcionar masa de papel; (b) añadir a la masa de papel una composición que comprende: (i) un agente de encolado sintético, y (ii) el polímero anfótero útil como aditivo para papel que se obtiene copolimerizando
(1) un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
\newpage
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2}X^{-}
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
(2) un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
(3) un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\vskip1.000000\baselineskip
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y n es 1 ó 4 y m es 1 ó 2.
(4) un monómero vinílico aniónico de fórmula:
(IV)CH_{2}=CR_{7}COOR_{8}
en la que R_{7} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R_{8} es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino, grupo amonio; (iii) agua o disolución de almidón, y
(c) formar una banda de dicha masa de papel de forma que la banda presente una eficiencia de encolado mejorada con respecto a una banda fabricada sin el polímero anfótero.
Si se añade un polímero de la invención a la superficie del papel, la invención proporciona un procedimiento que implica las etapas de (a) proporcionar masa de papel; (b) formar una banda de dicha masa de papel, (c) añadir a la banda una composición de polímero catiónico o el polímero anfótero. Un polímero tal se añade a la superficie de un sustrato fibroso mediante cualquier medio adecuado, por ejemplo mediante aplicación de prensa de encolado, pulverización y/o aplicación de la caja de agua.
En la realización en la que se trata la superficie del papel también pueden usarse polímeros aniónicos o no iónicos. En esta realización, los polímeros no iónicos se obtienen copolimerizando monómeros vinílicos de fórmulas (II) y (III) y/o (IIIa). Los polímeros aniónicos pueden obtenerse copolimerizando monómeros de fórmula (II) y (III) y/o (IIIa) y (IV).
El agente de encolado sintético puede aplicarse en diversas cantidades. Por ejemplo, el agente de encolado sintético se aplica generalmente a una dosificación que oscila de 0,1 kg/tonelada métrica a 10 kg/tonelada métrica, o 0,5 a 5, o de 1 a 4. En una realización, el agente de encolado sintético: polímero se añade a la masa de papel a relaciones de peso que permiten que la banda resultante presente una eficiencia de encolado mejorada con respecto a una banda fabricada sin el polímero catiónico. En una realización, el agente de encolado sintético: polímero se añade a una relación de peso que oscila de 1:0,05 a 1:1. En otra realización, el agente de encolado sintético: polímero se añade a una relación de peso que oscila de 1:0,1 a 1:0,5. En otra realización, el agente de encolado sintético: polímero se añade a una relación de peso que oscila de 1:0,1 a 1:0,2.
El agente de encolado sintético también puede añadirse en diversas formas. En una realización, el agente de encolado sintético se emulsiona con un polímero. En otra realización, el agente de encolado se emulsiona con agua y tensioactivos. En otra realización, el agente de encolado se emulsiona en almidón.
En una realización, por ejemplo, el agente de encolado sintético se añade como una emulsión de encolado que contiene un tensioactivo y la emulsión se prepara en condiciones de baja cizalladura, por ejemplo, aquellas condiciones de cizalladura se crean mediante un dispositivo seleccionado del grupo de bombas centrífugas, mezcladoras en línea estáticas, bombas peristálticas, barra de agitación magnética en un vaso de precipitados, agitador superior y combinaciones de los mismos. En otra realización, el agente de encolado sintético se añade como una emulsión de encolado que contiene tensioactivo y la emulsión se prepara en condiciones de alta cizalladura.
Ejemplos de tensioactivos adecuados incluyen, pero no se limitan a, alquil y arilaminas primarias, secundarias y terciarias y sus correspondientes sales cuaternarias, sulfosuccinatos, ácidos grasos, ácidos grasos etoxilados, alcoholes grasos, alcoholes grasos etoxilados, ésteres grasos, ésteres grasos etoxilados, triglicéridos etoxilados, amidas sulfonadas, aminas sulfonadas, polímeros etoxilados, polímeros propoxilados o copolímeros etoxilados/propoxilados, polietilenglicoles, ésteres de fosfato, etoxilatos de ácidos grasos fosfonados, etoxilatos de alcoholes grasos fosfonados y alquil y arilsulfonatos y sulfatos. Ejemplos de tensioactivos adecuados preferidos incluyen, pero no se limitan a, amidas; polímeros etoxilados, polímeros propoxilados o copolímeros etoxilados/propoxilados; alcoholes grasos, alcoholes grasos etoxilados, ésteres grasos, etoxilatos de alcoholes o alquilfenoles carboxilados; ácidos carboxílicos; ácidos grasos; derivados de difenilsulfonato; alcoholes etoxilados; alcoholes grasos etoxilados; alquilfenoles etoxilados; aminas etoxiladas; amidas etoxiladas; arilfenoles etoxilados; ácidos grasos etoxilados; triglicéridos etoxilados; ésteres grasos etoxilados; ésteres de glicol etoxilado; polietilenglicoles; ésteres de ácidos grasos; ésteres de glicerina; ésteres de glicoles; ciertos derivados basados en lanolina; monoglicéridos, diglicéridos y derivados; olefinsulfonatos; ésteres de fosfato; derivados orgánicos de fósforo; etoxilatos de ácidos grasos fosfonados, etoxilatos de alcoholes grasos fosfonados; polietilenglicoles; polisacáridos poliméricos; ácidos grasos propoxilados y etoxilados; alquil y arilsulfatos y sulfonatos; alquilfenoles etoxilados; sulfosuccinamatos; sulfosuccinatos.
En una realización, el componente de tensioactivo incluye una amina seleccionada del grupo que está constituido por trialquilamina de fórmula (I):
1
sal cuaternaria de sulfato de dimetilo de trialquilamina de fórmula (I), sal cuaternaria de cloruro de bencilo de trialquilamina de fórmula (I) y sal cuaternaria de sulfato de dietilo de trialquilamina de fórmula (I), en la que R_{1} es metilo o etilo, R_{2} es metilo o etilo y R_{3} es alquilo que tiene 14 a 24 átomos de carbono. En otra realización, el tensioactivo excluye esta amina. Los niveles de tensioactivo pueden oscilar de aproximadamente el 0,1% en peso hasta aproximadamente el 20% en peso basado en el componente de anhídrido alquenilsuccínico.
Puede variar el orden en el que se añade el agente de encolado sintético. En una realización, el agente de encolado sintético se añade conjuntamente con el polímero catiónico.
La mejora de la eficiencia de encolado proporcionada por el procedimiento puede determinarse por diversos procedimientos. Por ejemplo, las mediciones del aumento de la eficiencia de encolado: resistencia del agua al papel pueden determinarse mediante la prueba de penetración de tinta o la prueba de Cobb.
La mejora de la eficiencia de encolado puede oscilar del 10 al 200 por ciento más, con respecto a cuando el papel se prepara sin el polímero.
El papel fabricado con un procedimiento de la invención tiene calidades favorables. En una realización, el papel tiene una penetración de la tinta que oscila de 50 a 1500 segundos. En otra realización, el papel tiene un valor de Cobb que oscila de 15 a 200 gramos/m^{2}.
La invención se describe además en los siguientes ejemplos ilustrativos en los que todas las partes y porcentajes son en peso a menos que se indique lo contrario.
Ejemplos Ejemplo 1
(Comparativo)
Se preparó un copolímero de acrilamida/cloruro de [2-(metilacriloiloxi)etil]trimetilamonio (AMD/Q6) al 90/10% en mol de bajo peso molecular mediante una copolimerización por radicales libres. El procedimiento de polimerización se llevó a cabo mediante adición simultánea continua de persulfato de amonio y disoluciones de monómero a una vasija de reacción que contenía agua desionizada y agente quelante tamponado con ácido málico. La disolución de monómero se preparó mezclando 45,62 partes de disolución de acrilamida al 52,96%, 10,45 partes de disolución de Q6 al 75%, 2,4 partes de disolución de hipofosfito de sodio al 2% y 53,93 partes de agua desionizada. El pH de la disolución de monómero se ajustó a de 4,14 a 3,78 con una disolución de ácido málico al 20%. La disolución de monómero se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición. La disolución de la vasija del reactor se preparó mediante la adición de 278,46 partes de agua desionizada y 0,27 partes de dietilenpentaacetato pentasódico al 40%. El pH de la disolución de la vasija del reactor se ajustó a de 10,63 a 3,76 con 0,57 partes de disolución de ácido málico al 20%. Esta última disolución se burbujeó con nitrógeno durante una hora.
La disolución de iniciador se preparó mediante la adición de 0,38 partes de persulfato de amonio a 7,87 partes de agua desionizada. Esta disolución se burbujeó con nitrógeno durante media hora justo antes de usarse. La adición de disolución de monómero y disolución de persulfato de amonio a la vasija del reactor se llevó a cabo durante 2,25 h y 2,5 h, respectivamente. La reacción de polimerización se realizó a 65ºC. La disolución de reacción se mantuvo bajo purga con nitrógeno durante todo el transcurso de la reacción.
El pH del producto final era igual a 3,1, la viscosidad aparente era igual a 90 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 3, 12 rpm, a 25ºC) y la viscosidad de una disolución de polímero al 2% era igual a 12 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 2, 30 rpm, a 25ºC). El peso molecular (PM) de este polímero es igual a 227.000 dalton.
Ejemplo 2
Se preparó un terpolímero de acrilamida/cloruro de [2-(metilacriloiloxi)etil]trimetilamonio/metacrilato de 2-hidroxietilo (AMD/Q6/HEMA) al 90/10/5% en mol de bajo peso molecular mediante una copolimerización por radicales libres. El procedimiento de polimerización se llevó a cabo mediante adición simultánea continua de persulfato de amonio y disoluciones de monómero a una vasija de reacción que contenía agua desionizada y agente quelante tamponado con ácido málico. La disolución de monómero se preparó mezclando 41,64 partes de disolución de acrilamida al 52,96%, 10,11 partes de disolución de Q6 al 75%, 2,44 partes de disolución de HEMA al 97%, 2,4 partes de disolución de hipofosfito de sodio al 2% y 55,86 partes de agua desionizada. El pH de esta disolución era igual a 3,82. La disolución de monómero se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición. La disolución de la vasija del reactor se preparó mezclando 278,27 partes de agua desionizada y 0,27 partes de dietilenpentaacetato pentasódico al 40%. El pH de la disolución de la vasija del reactor se ajustó a de 10,47 a 3,63 con 0,76 partes de disolución de ácido málico al 20%. Esta última disolución se burbujeó con nitrógeno durante una hora justo antes de usarse. La disolución de iniciador se preparó mediante la adición de 0,38 partes de persulfato de amonio a 7,87 partes de agua desionizada. Esta disolución se burbujeó con nitrógeno durante media hora antes de usarse. La adición de disolución de monómero y disolución de persulfato de amonio a la vasija del reactor se llevó a cabo durante 2,25 h y 2,5 h, respectivamente. La reacción de polimerización se realizó a 65ºC. La disolución de reacción se mantuvo bajo purga con nitrógeno durante todo el transcurso de la reacción.
El pH del producto final era igual a 3,1, la viscosidad aparente era igual a 70 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 3, 12 rpm, a 25ºC) y la viscosidad de una disolución de polímero al 2% era igual a 11 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 2, 30 rpm, a 25ºC). El peso molecular (PM) de este polímero es igual a 257.000 dalton.
Ejemplo 3
La evaluación de los polímeros del ejemplo 1 y 2 se hizo mediante preparación de emulsiones de ASA con estos polímeros, caracterización de la distribución del tamaño de partícula de las emulsiones (tabla 1), adición de estas emulsiones a la suspensión de papel, formación de hojas de prueba de papel y medición del encolado de las hojas de prueba (tabla 2).
Emulsión de ASA usando polímeros
Se prepararon emulsiones de anhídrido alquenilsuccínico (ASA) con polímeros del ejemplo 1 y 2 a una relación ASA/polímero de 1/0,1. La concentración de ASA durante la emulsión era igual al 3,85% en peso. Las emulsiones de ASA se prepararon mediante el siguiente procedimiento:
-
\vtcortauna La disolución de cada polímero se preparó al 0,4% en peso de concentración en base real usando agua destilada.
-
\vtcortauna Se colocaron 96,15 g de una disolución de polímero en un pequeño vaso de licuadora de acero inoxidable y la licuadora se puso en funcionamiento a baja velocidad.
-
\vtcortauna Mientras se mezclaba se añadieron 3,85 g de ASA a una disolución de polímero mediante una jeringuilla de plástico. La velocidad de la licuadora se cambió inmediatamente de baja a alta y se puso en funcionamiento el reloj automático.
-
\vtcortauna La emulsión se llevó a cabo durante 3 min a una velocidad alta.
-
\vtcortauna El tamaño de partícula de la emulsión se midió usando el analizador de tamaño de partícula Horiba LA 700.
\newpage
-
\vtcortauna Se preparó una disolución de 0,25% en peso de concentración de ASA usando agua desionizada ajustada con ácido clorhídrico diluido a pH 3.
-
\vtcortauna La emulsión se colocó en agua con hielo y se usó inmediatamente para la preparación de hojas de prueba.
Procedimiento de preparación de hojas de prueba
Las hojas de prueba se prepararon usando una composición de fabricación de una mezcla 50/50 de pasta kraft de frondosas y resinosas blanqueada refinada a una capacidad de drenaje de agua estándar canadiense de 500 a la que se añadió el 15% en peso de carbonato cálcico precipitado, y el pH se ajustó a 7,8. Se usó agua desionizada para la preparación de la composición de fabricación y se añadieron 80 ppm adicionales de sulfato de sodio y 50 ppm de cloruro de calcio.
Mientras se mezclaba, un lote de 0,71% de sólidos que contenía 10 g de fibras de celulosa y carbonato cálcico se trató con una emulsión de ASA. Después de un tiempo de contacto de 60 s se añadió un auxiliar de retención aniónico y el mezclado continuó durante 15 s. Se formaron tres hojas de papel de 2,8 g usando un molde de hojas de prueba patrón de Nobel & Woods (8'' x 8'' (20,3 cm x 20,3 cm)), para lograr el peso base de 50 lb/resma de Tappi (22,65 kg/resma de Tappi) se prensaron entre fieltros en la línea de contacto entre rodillos de una prensa neumática de rodillos a aproximadamente 15 psi (103,4 KPa) y se secaron en una secadora rotatoria a 240ºF (115,6ºC). Se aplicó la dosis de 3 lb/T (1,36 kg/T) de ASA y 1 lb/T (0,45 kg/T) de un auxiliar de retención aniónico.
Evaluación del encolado de papel
El encolado de hojas de prueba se probó usando la prueba de penetración de tinta de Bayer (BIP).
El procedimiento de prueba de colas de BIP proporciona una aplicación completamente automatizada de tinta a la superficie de abajo del papel junto con la medición automática del punto final óptico. Este procedimiento usa el mismo principio que la prueba TAPPI T 530 pero usa un instrumento de diseño propio que proporciona un diseño automatizado y geometría diferente para las fuentes de luz y el detector. En particular, todas las etapas de la prueba de BIP se realizaron automáticamente con este aparato. Al pulsar un botón de inicio se bombeó tinta a un pocillo hasta que la tinta se puso en contacto con la superficie de abajo del papel, determinada electrónicamente, y el desarrollo cronológico de la penetración de tinta se obtuvo de una medición de reflectancia y se mostró digitalmente. La tinta neutra tamponada a pH 7,0 se usó en todas las pruebas de BIP y se preparó disolviendo 12,5 g de colorante verde naftol B en 500 ml de agua desionizada, y luego se añadió una disolución tampón de pH 7 para llevar el volumen total a 1000 ml a 23ºC.
Las hojas de prueba se evaluaron mediante la prueba de BIP después de un periodo de acondicionamiento de al menos un día a 72ºF (22,2ºC) y 50% de humedad relativa. Se probaron tres especímenes de hojas de prueba, con dos repeticiones en cada cara fieltro, para un total de seis pruebas.
Para empezar una prueba de BIP, cada espécimen de papel se introdujo en el aparato. Un cable de la fuente de fibra óptica proporcionó iluminación uniforme de la parte superior del espécimen.
Un cable de fibra óptica del detector visualizó la misma área de iluminación. La reflectancia inicial del espécimen se determinó automáticamente y se guardó para referencia. La tinta de prueba se dosificó automáticamente mediante una bomba dosificadora de un recipiente al fondo de un pocillo de tinta con forma de cono hasta que la tinta se puso en contacto con la cara de abajo del espécimen de papel a prueba, momento en el que un temporizador se puso en funcionamiento automáticamente. El cambio en la reflectancia se controló periódicamente y el temporizador se detuvo cuando se alcanzó una disminución preespecificada del porcentaje en la reflectancia. Esta disminución era aproximadamente el 20%, es decir, el espécimen conservó aproximadamente el 80% de su reflectancia inicial. El tiempo transcurrido de la prueba se mostró y se registró al siguiente segundo. Entonces se puso en funcionamiento automáticamente una bomba de drenaje y funcionó durante un periodo de tiempo suficientemente largo para vaciar la tinta en el pocillo a un recipiente de desechos. Se calculó el tiempo de prueba promedio para los tres especímenes en la cara fieltro.
TABLA 1 Distribución del tamaño de partícula de emulsiones de ASA
2
TABLA 2 Eficiencia de encolado de la emulsión de ASA
3
En la tabla 1 se muestra que la emulsión de ASA preparada con un polímero del ejemplo 2 tiene menor mediana del tamaño de partícula y distribución del tamaño de partícula más estrecha. En la tabla 2 se muestra que la emulsión de ASA preparada con el polímero del ejemplo 2 proporciona mayor encolado que la emulsión de ASA preparada con un polímero del ejemplo 1.
Ejemplo 4
Se preparó un tetrapolímero de acrilamida/cloruro de [2-(metilacriloiloxi)etil]trimetilamonio/metacrilato de 2-hidroxietilo/ácido acrílico (AMD/Q6/HEMA/AA) al 90/10/5/4% en mol de bajo peso molecular mediante una copolimerización por radicales libres. El procedimiento de polimerización se llevó a cabo mediante adición simultánea continua de persulfato de amonio y disoluciones de monómero a una vasija de reacción que contenía agua desionizada y agente quelante tamponado con ácido málico. La disolución de monómero se preparó mezclando 99,13 partes de disolución de acrilamida al 52,96%, 25,28 partes de disolución de Q6 al 75%, 6,11 partes de disolución de HEMA al 97%, 2,66 partes de disolución de ácido acrílico al 99%, 5,0 partes de disolución de hipofosfito de sodio al 4% y 10,32 partes de agua desionizada. El pH de esta disolución era igual a 2,12. La disolución de monómero se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición. La disolución de la vasija del reactor se preparó mezclando 242,7 partes de agua desionizada y 0,27 partes de dietilenpentaacetato pentasódico al 40%. El pH de la disolución de la vasija del reactor se ajustó a de 10,69 a 4,53 con 0,28 partes de disolución de ácido málico al 20%. Esta última disolución se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de usarse. La disolución de iniciador se preparó mediante la adición de 0,96 partes de persulfato de amonio a 7,28 partes de agua desionizada. Esta disolución se burbujeó con nitrógeno durante media hora antes de usarse. La adición de disolución de monómero y disolución de persulfato de amonio a la vasija del reactor se llevó a cabo durante 2,25 h y 2,5 h, respectivamente. La reacción de polimerización se realizó a 65ºC. La disolución de reacción se mantuvo bajo purga con nitrógeno durante todo el transcurso de la reacción.
El pH del producto final era igual a 2,03, la viscosidad aparente era igual a 2310 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 3, 12 rpm, a 25ºC) y la viscosidad de una disolución de polímero al 2% era igual a 7,0 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 2, 30 rpm, a 25ºC). El peso molecular (PM) de este polímero es igual a 212.000 dalton.
Ejemplo 5
Se prepararon emulsiones de ASA con polímeros de los ejemplos 1, 2 y 4 a una relación ASA/polímero de 1/0,2. La concentración de ASA durante la emulsión era igual al 3,85% en peso. Las emulsiones de ASA se prepararon mediante el procedimiento descrito en el ejemplo 3 excepto que se usó disolución de polímero al 0,8% para la emulsión. Las hojas de prueba se fabricaron y se probaron como se describe en el ejemplo 3.
TABLA 3 Distribución del tamaño de partícula de emulsiones de ASA
4
TABLA 4 Eficiencia de encolado de la emulsión de ASA (ejemplo 1, 2 y 3)
5
En la tabla 3 se muestra que las emulsiones de ASA preparadas con un polímero del ejemplo 2 y 4 tienen menores medianas del tamaño de partícula y distribución del tamaño de partícula más estrecha que la emulsión de ASA preparada con un polímero del ejemplo 1. La tabla 4 muestra que el ASA emulsionado con polímeros del ejemplo 2 y 4 proporciona mayor encolado que el ASA emulsionado con un polímero del ejemplo 1.
Ejemplo 6
La emulsión de ASA se prepara con un polímero del ejemplo 4 a una relación ASA/polímero de 1/0,2 y 1/1. Estas emulsiones se compararon con emulsiones de ASA preparadas con almidón catiónico convencional a relaciones de ASA/almidón de 1/0,2 y 1/1.
Las emulsiones se prepararon como se describe en el ejemplo 3, excepto que se usó una disolución de polímero o almidón al 0,8% en peso para preparar una emulsión a una relación ASA/emulsionante de 1/0,2 y se usó una disolución de polímero o almidón al 4% en peso para preparar una emulsión a una relación ASA/emulsionante de 1/1. La estabilidad de las emulsiones se comprobó después de 2 h.
Las hojas de prueba se fabricaron y se probaron como se describe en el ejemplo 3.
TABLA 5 Distribución del tamaño de partícula de emulsiones de ASA
6
TABLA 6 Eficiencia de encolado de la emulsión de ASA (ejemplo 3 y almidón)
7
A una relación ASA/polímero de 1/0,2, la emulsión de ASA preparada con el polímero del ejemplo 4 tiene menos mediana de partícula, distribución del tamaño de partícula estrecha y es estable durante al menos dos horas. Esta emulsión proporciona encolado de papel.
A una relación ASA/almidón de 1/0,2, la emulsión de ASA tiene una mediana grande del tamaño de partícula, distribución bimodal y se separa dentro de 30 min. Esta emulsión no proporciona encolado.
A una relación ASA/polímero y ASA/almidón de 1/1, las emulsiones de ASA preparadas con polímero y con almidón tienen medianas pequeñas del tamaño de partícula y distribución del tamaño de partícula estrecha, sin embargo la emulsión de ASA/almidón no puede usarse después de 2 horas, mientras que la emulsión de ASA/polímero no cambia durante al menos dos horas.
A una relación 1/1, la emulsión de ASA preparada con almidón supera a la emulsión preparada con polímero.
Ejemplo 7
(Comparativo)
Se preparó un copolímero de acrilamida/cloruro de [2-(metilacriloiloxi)etil]trimetilamonio (AMD/Q6) al 90/10% en mol de alto peso molecular mediante una copolimerización por radicales libres. El procedimiento de polimerización se llevó a cabo mediante adición simultánea continua de persulfato de amonio y disoluciones de monómero a una vasija de reacción que contenía agua desionizada y agente quelante tamponado con ácido málico. La disolución de monómero se preparó mezclando 45,62 partes de disolución de acrilamida al 52,96%, 10,45 partes de disolución de Q6 al 75% y 56,30 partes de agua desionizada. El pH de la disolución de monómero se ajustó a de 4,1 a 3,7 con 0,08 partes de disolución de ácido málico al 20%. La disolución de monómero se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición. La disolución de la vasija del reactor se preparó mezclando 278,41 partes de agua desionizada y 0,27 partes de dietilenpentaacetato pentasódico al 40%. El pH de la disolución de la vasija del reactor se ajustó a de 10,8 a 3,8 con 0,62 partes de disolución de ácido málico al 20%. Esta última disolución se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición.
La disolución de iniciador se preparó mediante la adición de 0,22 partes de persulfato de amonio a 8,03 partes de agua desionizada. Esta disolución se burbujeó con nitrógeno durante media hora antes de usarse. La adición de disolución de monómero y disolución de persulfato de amonio a la vasija del reactor se llevó a cabo durante 2,25 h y 2,5 h, respectivamente. La reacción de polimerización se realizó a 65ºC. La disolución de reacción se mantuvo bajo purga con nitrógeno durante todo el transcurso de la reacción.
El pH del producto final era igual a 3,05, la viscosidad aparente era igual a 2389 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 3, 12 rpm, a 25ºC) y la viscosidad de una disolución de polímero al 2% era igual a 62 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 2, 30 rpm, a 25ºC). El peso molecular (PM) de este polímero es igual a 1.000.000 dalton.
Ejemplo 8
Se preparó un terpolímero de acrilamida/cloruro de [2-(metilacriloiloxi)etil]trimetilamonio/metacrilato de 2-hidroxietilo (AMD/Q6/HEMA) al 90/10/5% en mol de alto peso molecular mediante una copolimerización por radicales libres. El procedimiento de polimerización se llevó a cabo mediante adición simultánea continua de persulfato de amonio y disoluciones de monómero a una vasija de reacción que contenía agua desionizada y agente quelante tamponado con ácido málico. La disolución de monómero se preparó mezclando 41,64 partes de disolución de acrilamida al 52,96%, 10,11 partes de disolución de Q6 al 75%, 2,44 partes de disolución de HEMA al 97% y 58,26 partes de agua desionizada. El pH de esta disolución era igual a 3,62. La disolución de monómero se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición. La disolución de la vasija del reactor se preparó mezclando 278,30 partes de agua desionizada y 0,27 partes de dietilenpentaacetato pentasódico al 40%. El pH de la disolución de la vasija del reactor se ajustó a de 10,87 a 3,81 con 0,73 partes de disolución de ácido málico al 20%. Esta última disolución se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de uso.
La disolución de iniciador se preparó mediante la adición de 0,26 partes de persulfato de amonio a 7,99 partes de agua desionizada. Esta disolución se burbujeó con nitrógeno durante media hora antes de usarse. La adición de disolución de monómero y disolución de persulfato de amonio a la vasija del reactor se llevó a cabo durante 2,25 h y 2,5 h, respectivamente. La reacción de polimerización se realizó a 65ºC. La disolución de reacción se mantuvo bajo purga con nitrógeno durante todo el transcurso de la reacción.
El pH del producto final era igual a 3,16, la viscosidad aparente era igual a 1400 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 3, 12 rpm, a 25ºC) y la viscosidad de una disolución de polímero al 2% era igual a 50 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 2, 30 rpm, a 25ºC). El peso molecular (PM) de este polímero es igual a 1.050.000 dalton.
Ejemplo 9
Se prepararon emulsiones de ASA con polímeros de los ejemplos 7 y 8 a una relación ASA/polímero de 1/0,1. La concentración de ASA durante la emulsión era igual al 3,85% en peso. Se prepararon emulsiones de ASA y las hojas de prueba se fabricaron y se probaron como se describe en el ejemplo 3.
TABLA 7 Distribución del tamaño de partícula de emulsiones de ASA
8
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TABLA 8 Eficiencia de encolado de la emulsión de ASA
9
En la tabla 7 se muestra que una emulsión de ASA preparada con el polímero del ejemplo 8 tiene menor mediana del tamaño de partícula que una emulsión preparada con el polímero del ejemplo 7.
Como se muestra en la tabla 8, el encolado obtenido con el ASA emulsionado del ejemplo 8 es significativamente superior al encolado obtenido con el ASA emulsionado con el ejemplo 7.
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Ejemplo 10
Se preparó un terpolímero de acrilamida/cloruro de [2-(metilacriloiloxi)etil]trimetilamonio/metacrilato de 2,3-dihidroxipropilo (AMD/Q6/DHPMA) al 90/10/5% en mol de alto peso molecular mediante una copolimerización por radicales libres. El procedimiento de polimerización se llevó a cabo mediante adición simultánea continua de persulfato de amonio y disoluciones de monómero a una vasija de reacción que contenía agua desionizada y agente quelante tamponado con ácido málico. La disolución de monómero se preparó mezclando 40,93 partes de disolución de acrilamida al 52,96%, 9,93 partes de disolución de Q6 al 75%, 2,87 partes de DHPMA al 100% y 58,66 partes de agua desionizada. El pH de esta disolución se ajustó a de 4,9 a 4,05 con 0,6 partes de disolución de ácido málico al 20%. La disolución de monómero se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición. La disolución de la vasija del reactor se preparó mezclando 278,65 partes de agua desionizada y 0,27 partes de dietilenpentaacetato pentasódico al 40%. El pH de la disolución de la vasija del reactor se ajustó a de 10,15 a 3,80 con 0,38 partes de disolución de ácido málico al 20%. Esta última disolución se burbujeó con nitrógeno durante una hora antes de la adición.
La disolución de iniciador se preparó mediante la adición de 0,26 partes de persulfato de amonio a 7,99 partes de agua desionizada. Esta disolución se burbujeó con nitrógeno durante media hora antes de usarse. La adición de disolución de monómero y disolución de persulfato de amonio a la vasija del reactor se llevó a cabo durante 2,25 h y 2,5 h, respectivamente. La reacción de polimerización se realizó a 65ºC. La disolución de reacción se mantuvo bajo purga con nitrógeno durante todo el transcurso de la reacción.
El pH del producto final era igual a 3,16, la viscosidad aparente era igual a 920 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 3, 12 rpm, a 25ºC) y la viscosidad de una disolución de polímero al 2% era igual a 39 cP (medida usando un viscosímetro Brookfield modelo DV-III, husillo nº 2, 30 rpm, a 25ºC).
Ejemplo 11
Se prepararon emulsiones de ASA con polímeros de los ejemplos 7, 8 y 10 a una relación ASA/polímero de 1/0,1. La concentración de ASA durante la emulsión era igual al 7,4% en peso. Se prepararon emulsiones de ASA como se describe en el ejemplo 3, excepto que se añadieron 7,4 gramos de ASA a 92,6 g de una disolución de polímero al 0,8% en peso. Las hojas de prueba se fabricaron y se probaron como se describe en el ejemplo 3.
TABLA 9 Distribución del tamaño de partícula de emulsiones de ASA
10
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TABLA 10 Eficiencia de encolado de la emulsión de ASA (ejemplos 4 y 5)
11
En la tabla 9 se muestra que las emulsiones de ASA preparadas con polímeros del ejemplo 8 y 10 tienen menor mediana del tamaño de partícula que la emulsión preparada con el polímero del ejemplo 7. Como se muestra en la tabla 10, el encolado obtenido con el ASA emulsionado con los polímeros de los ejemplos 8 y 10 es significativamente superior al encolado obtenido con el ASA emulsionado con el polímero del ejemplo 7.

Claims (28)

1. Un polímero catiónico útil como aditivo para la fabricación de papel que se obtiene copolimerizando
(1)
1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de un monómero vinílico seleccionado del grupo que está constituido por la fórmula (I), fórmula (Ia) y combinaciones de los mismos, en el que la fórmula (I) y la fórmula (Ia) son del siguiente modo:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2} N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(3)
un monómero vinílico seleccionado del grupo que está constituido por la fórmula (III), (IIIa) y combinaciones de los mismos, en el que la fórmula (III) y (IIIa) son del siguiente modo:
(III)CH2=CR5COO(CH2)nOH
(IIIa)CH2=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1-4, inclusive, y m es 1 ó 2.
2. El polímero de la reivindicación 1, en el que el polímero tiene un metacrilato de 2-hidroxietilo que oscila del 1 al 30% en mol.
3. El polímero de la reivindicación 1, en el que el polímero tiene un peso molecular que oscila de 10.000 a 3.000.000 dalton de peso molecular promedio.
4. El polímero de la reivindicación 1, en el que el polímero es reticulado o ramificado.
5. Un polímero anfótero útil como aditivo para la fabricación de papel que se obtiene copolimerizando
(1)
un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH2=CR1-COA(CH2)n N + R2R2R3 X-
\quad
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
\newpage
(3)
un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\quad
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y n es 1 ó 4 y m es 1 ó 2; y
\vskip1.000000\baselineskip
(4)
un monómero vinílico aniónico de fórmula:
(IV)CH_{2}=CR_{7}COOR_{8}
\quad
en la que R_{7} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R_{8} es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino o un grupo amonio.
6. Polímero de la reivindicación 5, en el que el polímero se obtiene mediante copolimerización del 0-40 por ciento en mol del monómero vinílico aniónico.
7. Un procedimiento que comprende
(a)
proporcionar masa de papel;
(b)
añadir a la masa de papel una composición que comprende:
(i)
agente de encolado sintético, y
(ii)
un polímero que incluye un polímero catiónico útil como aditivo para papel que se obtiene copolimerizando
(1)
1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH2=CR1-COA(CH2)n N + R2R2R3 X-
\quad
o
(Ia)(CH2=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
\vskip1.000000\baselineskip
(3)
un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\quad
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y n es 1-4, inclusive, y m es 1 ó 2
(iii)
agua o disolución de almidón, y
(c)
formar una banda de dicha masa de papel,
en el que la banda presenta una eficiencia de encolado mejorada con respecto a una banda fabricada sin el polímero catiónico.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el polímero catiónico incorpora del 1 al 99% en mol del monómero vinílico de fórmula (I) o (Ia).
9. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el polímero tiene un metacrilato de 2-hidroxietilo que oscila del 1 al 30 por ciento en mol.
10. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético:polímero se añade a una relación de peso que oscila de 1:0,05 a 1:1.
11. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético se emulsiona.
12. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético se selecciona del grupo que está constituido por anhídrido alquenilsuccínico, dímero de alquilceteno, dímeros de alquenoceteno, isocianatos de alquilo, anhídridos de alquilo y combinaciones de los mismos.
13. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético se añade conjuntamente con el polímero catiónico.
14. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la temperatura oscila de 20ºC a 40ºC.
15. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético se añade como una emulsión que contiene polímeros o una emulsión que contiene polímeros y almidón.
16. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la eficiencia de encolado: resistencia del agua al papel es elevada como se determina mediante la prueba de penetración de tinta o la prueba de Cobb.
17. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético se añade como una emulsión de encolado que contiene tensioactivo y la emulsión se prepara en condiciones de baja cizalladura.
18. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético se añade como una emulsión de encolado que contiene tensioactivo y la emulsión se prepara en condiciones de alta cizalladura.
19. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la mejora de la eficiencia de encolado oscila del 10 al 200 por ciento más, con respecto a cuando el papel se prepara sin el polímero.
20. Papel fabricado a partir del procedimiento de la reivindicación 7, en el que el papel tiene una penetración de tinta que oscila de 50 a 1500 segundos.
21. Papel fabricado a partir del procedimiento de la reivindicación 7, en el que el papel tiene un índice de Cobb que oscila de 15 a 200 gramos/m^{2}.
22. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que el agente de encolado sintético se aplica a una dosificación que oscila de 0,1 kg/tonelada métrica a 10 kg/tonelada métrica, o de 0,5 a 5, la mayoría de las veces, o de 1 a 4.
23. Un procedimiento que comprende:
(a)
proporcionar masa de papel;
(b)
añadir a la masa de papel una composición que comprende:
(i)
un agente de encolado sintético, y
(ii)
un polímero anfótero útil como aditivo para papel que se obtiene copolimerizando
(1)
un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
\quad
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
\vskip1.000000\baselineskip
(3)
un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\quad
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y n es 1 ó 4 y m es 1 ó 2
\vskip1.000000\baselineskip
(4)
un monómero vinílico aniónico de fórmula:
(IV)CH_{2}=CR_{7}COOR_{8}
\quad
en la que R_{7} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y R_{8} es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino, grupo amonio
(iii)
agua o disolución de almidón, y
(c)
formar una banda de dicha masa de papel,
en el que la banda presenta una eficiencia de encolado mejorada con respecto a una banda fabricada sin el polímero anfótero.
24. Un procedimiento para preparar un polímero catiónico útil como aditivo para papel en el que el procedimiento comprende copolimerizar
(1)
1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
\quad
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ XCl^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
\vskip1.000000\baselineskip
(3)
un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH2=CR5COO(CH2)nOH
(IIIa)CH2=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1-4, inclusive, y m es 1 ó 2.
25. Un procedimiento para preparar un polímero anfótero útil como aditivo para papel en el que el procedimiento comprende copolimerizar
\vskip1.000000\baselineskip
(1)
un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
\quad
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(CH_{3})_{2} \ Cl^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
\vskip1.000000\baselineskip
(3)
un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\quad
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1 ó 4 y m es 1 ó 2, y
\vskip1.000000\baselineskip
(4)
un monómero vinílico aniónico de fórmula:
(IV)CH_{2}=CR_{7}COOR_{8}
en la que R_{7} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R_{8} es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino o un grupo amonio.
26. Un procedimiento que comprende
(a)
proporcionar masa de papel;
(b)
formar una banda de dicha masa de papel,
(c)
añadir a la banda una composición que comprende:
(i)
anhídrido alquenilsuccínico, y
(ii)
un polímero catiónico útil como aditivo para papel que se obtiene copolimerizando
\vskip1.000000\baselineskip
(1)
1-99% en mol, basado en el polímero catiónico, de un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
\quad
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
\vskip1.000000\baselineskip
(3)
un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\quad
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}OH(CH_{2})OH
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1-4, inclusive, y m es 2 ó 3.
(iii)
agua o disolución de almidón.
\vskip1.000000\baselineskip
27. Un procedimiento que comprende:
(a)
proporcionar masa de papel;
(b)
formar una banda de dicha masa de papel,
(c)
añadir a la banda una composición que comprende:
(i)
anhídrido alquenilsuccínico, y
(ii)
un polímero anfótero útil como aditivo para papel
\vskip1.000000\baselineskip
(1)
un monómero vinílico de fórmula:
(I)CH_{2}=CR_{1}-COA(CH2)_{n} N^{+} R_{2}R_{2}R_{3} \ X^{-}
\quad
o
(Ia)(CH_{2}=CHCH_{2})_{2}N^{+}(R_{2})_{2} \ X^{-}
\quad
en las que R_{1} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, A es un átomo de oxígeno o grupo NH, n es 2 ó 3, R_{2} y R_{3} son cada uno un grupo metilo o un grupo etilo y X es un átomo de cloro, un átomo de bromo, o X^{-} es un ión de sulfato de metilo; y
\vskip1.000000\baselineskip
(2)
un monómero vinílico de fórmula:
(II)CH_{2}=CR_{4}-CONH_{2}
\quad
en la que R_{4} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, y
\newpage
(3)
un monómero vinílico de fórmula:
(III)CH_{2}=CR_{5}COO(CH_{2})_{n}OH
\quad
o
(IIIa)CH_{2}=CR_{6}COO(CH_{2})_{m}CHOHCH_{2}OH
\quad
en las que R_{5} y R_{6} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, n es 1 ó 4 y m es 1 ó 2
(4)
un monómero vinílico aniónico de fórmula:
(IV)CH_{2}=CR_{7}COOR_{8}
\quad
en la que R_{7} es un átomo de hidrógeno o un grupo metilo y R_{8} es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino o un grupo amonio
(iii)
agua o disolución de almidón.
28. El procedimiento de la reivindicación 27, en el que el papel se trata adicionalmente con polímeros seleccionados del grupo que está constituido por polímeros aniónicos, polímeros no iónicos y combinaciones de los mismos.
ES05736770T 2004-06-17 2005-04-19 Polimeros cationicos que contienen 2-hidroxietil-metacrilico como promotores para calibrado asa. Active ES2313332T3 (es)

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