ES2336769T3 - Composicion acuosa. - Google Patents
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Abstract
Una composición acuosa que comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice, obteniéndose las partículas poliméricas orgánicas aniónicas mediante polimerización de uno o más monómeros insaturados etilénicamente con uno o más agentes de ramificación polifuncionales y o agentes de reticulación polifuncionales, estando presentes las partículas poliméricas orgánicas aniónicas y las partículas coloidales aniónicas con base de sílice en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el peso total de la composición acuosa, siendo las partículas coloidales aniónicas con base de sílice sílice, sílice modificada con aluminio o sílice modificada con amina y presentando una superficie específica dentro del intervalo de 300 a 1000 m2/g, encontrándose las partículas coloidales aniónicas con base de sílice contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de 12 a 45%, antes de mezclar con las partículas poliméricas orgánicas aniónicas.
Description
Composición acuosa.
La presente invención se refiere a una
composición acuosa que comprende partículas poliméricas orgánicas
aniónicas y partículas coloidales aniónicas con base de sílice, un
método para la preparación de la composición, el empleo de la
composición y un proceso para la producción de papel.
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En la técnica de fabricación de papel, se
introduce una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas,
rellenos opcionales y aditivos, denominada pasta papelera, en el
interior de una caja de cabecera que libera la pasta papelera sobre
una cinta sinfín de conformación. Se drena el agua de la pasta
papelera a través de la cinta sinfín de conformación de forma que
se da lugar a la formación de una red de papel húmeda sobre la
cinta sinfín, red que posteriormente se somete a deshidratación en
una sección de prensado y se seca en la sección de secado de la
máquina de papel. De manera conveniente, se introducen coadyuvantes
de drenaje y de retención en el interior de la pasta papelera, con
el fin de facilitar el drenaje y aumentar la adsorción de las
partículas sobre las fibras celulósicas, de manera que queden
retenidas con las fibras sobre la cinta sinfín.
Las patentes de EE.UU. Nos 4.750.974 y 4.643.801
describen un aglutinante en fase coacervada para ser utilizado en
un proceso de fabricación de papel. En primer lugar se añade almidón
de patata catiónico al proceso y posteriormente se añade una mezcla
aniónica que comprende un polímero aniónico y sílice. La mezcla
contiene de 20:1 a 1:10 de polímero aniónico con respecto a
sílice.
La patente de EE.UU. Nº 6.083.997 describe
materiales nano-compuestos aniónicos, que se
preparan añadiendo un polielectrolito a una disolución de silicato
y posteriormente sometiendo a combinación con ácido silícico. Los
materiales nano-compuestos muestran mejor retención
y rendimiento de drenaje en los procesos de fabricación de
papel.
La patente de EE.UU. Nº 5.167.766 describe un
proceso de fabricación de papel en el que se emplea una
micro-perla polimérica orgánica iónica junto con un
polímero orgánico sintético o un polisacárido como coadyuvantes de
retención y de drenaje.
La patente de EE.UU. Nº 5.700.893 describe un
copolímero catiónico soluble en agua, que comprende un producto de
reacción de N-vinilamida y una amina cuaternaria
catiónica, útil como coadyuvante de drenaje/retención en las
operaciones de pulpa de papel y de fabricación de papel.
La patente de EE.UU. Nº 5.958.188 describe un
proceso para fabricar papel en el que en primer lugar se somete a
floculación una suspensión celulósica con un polímero sintético
catiónico o almidón catiónico y se somete a refloculación mediante
la adición de un polímero aniónico ramificado soluble en agua.
Resultaría ventajoso poder proporcionar
coadyuvantes de drenaje y de retención con rendimiento mejorado.
También resultaría ventajosa la posibilidad de proporcionar
coadyuvantes de retención y de drenaje con buena estabilidad de
almacenamiento. Sería además ventajosa la posibilidad de
proporcionar un proceso de fabricación de papel con rendimiento
mejorado de drenaje y/o de retención.
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De acuerdo con la presente invención, se
proporciona una composición acuosa que comprende partículas
poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas
con base de sílice. Las partículas poliméricas orgánicas aniónicas
se obtienen polimerizando uno o más monómeros insaturados
etilénicamente con uno o más agentes de ramificación
polifuncionales y/o con agentes de reticulación polifuncionales. Las
partículas poliméricas orgánicas aniónicas y las partículas
aniónicas coloidales con base de sílice de la composición acuosa
están presentes en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado
en el peso total de la composición acuosa.
También, de acuerdo con la invención, se
proporciona un método para la preparación de la composición acuosa.
Además se proporciona un proceso para la producción de papel a
partir de una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas y
de manera opcional rellenos. El proceso comprende añadir a la
suspensión de fibra un polímero catiónico y la composición
acuosa.
De acuerdo con la presente invención, también se
proporcionan usos de la composición acuosa como agente de
floculación y coadyuvante de retención y de drenaje. También se
proporciona un papel que se puede obtener mediante el proceso de
producción de papel a partir de una suspensión acuosa que contiene
fibras celulósicas.
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De acuerdo con la presente invención, de manera
inesperada, se ha comprobado que es posible obtener una mejora en
el drenaje y/o la retención durante la fabricación de papel mediante
la utilización de partículas coloidales aniónicas con base de
sílice en combinación con partículas poliméricas orgánicas
aniónicas.
La expresión "coadyuvante de drenaje y de
retención", según se emplea en la presente memoria, se refiere a
uno o más componentes, que cuando se añaden a la suspensión
celulósica acuosa, aportan un mejor drenaje y/o retención que la
que se obtiene cuando no se añade ninguno de los citados uno o más
componentes.
La composición acuosa de acuerdo con la
invención comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y
partículas coloidales aniónicas con base de sílice. Es posible
obtener las partículas poliméricas orgánicas aniónicas mediante
polimerización de uno o más monómeros y de manera opcional uno o más
monómeros capaces de formar homopolímeros o copolímeros. Los
monómeros formadores de partículas poliméricas orgánicas aniónicas
pueden formarse a partir de uno o más monómeros tales como
monómeros insaturados etilénicamente que se escogen entre ácidos
(met)acrílico, sulfonato de
2-acrilamido-2-metilpropano,
(met)acrilato de sulfoetilo, ácido vinilsulfónico, ácidos
sulfoalquil(met)acrílicos, estirenos sulfonados,
ácidos dicarboxílicos insaturados, ácido maleico y otros ácidos
dibásicos, sulfoalquil(met)acrilamidas, sales de
dichos ácidos tales como sales alcalinas o de amonio y sus
mezclas.
Las partículas poliméricas orgánicas aniónicas
pueden formarse mediante polimerización de uno o más de los
monómeros aniónicos anteriores con uno o más monómeros no iónicos
tales como (met)acrilamidas,
N-alquilacrilamidas tales como
N-metilacrilamida,
N,N-dialquilacrilamidas tales como
N,N-dimetilacrilamida, acetato de vinilo,
(met)acrilatos de alquilo tales como acrilato de metilo,
metacrilato de metilo, acrilonitrilo,
N-vinilmetilacetamida,
N-vinilmetilformamida, acetato de vinilo o mezclas
de N-vinil pirrolidona de cualquiera de los
anteriores y similares. Los monómeros no iónicos insaturados
etilénicamente pueden copolimerizarse como se menciona anteriormente
para producir copolímeros aniónicos, preferiblemente se copolimeriza
acrilamida con un monómero aniónico.
Las partículas pueden formarse a partir de un
polímero aniónico reticulado y/o ramificado de monómeros aniónicos
solos o copolimerizados con monómeros no iónicos. La polimerización
de las partículas puede ocurrir mediante un agente de ramificación
polifuncional y/o un agente de reticulación polifuncional, de manera
opcional en presencia de un agente de transferencia de cadena. La
polimerización de dichos monómeros para dar lugar a la formación de
partículas resulta conocida a partir de las patentes de EE.UU. Nos.
5.961.840, 5.919.882, 5.171.808 y
5.167.766.
5.167.766.
Agentes de ramificación o reticulación
polifuncionales útiles comprenden compuestos que tienen al menos dos
enlaces insaturados etilénicamente o al menos un enlace insaturado
etilénicamente y al menos un grupo reactivo o al menos dos grupos
reactivos.
Ejemplos de tales agentes apropiados que tienen
al menos dos enlaces insaturados etilénicamente incluyen
N,N-metilen-bis(met)acrilamida,
di(met)acrilato de polietilenglicol,
N-vinilacrilamida, divinilbenceno, sales de
trialilamonio, N-metilailifacrilamida y
similares.
Ejemplos de tales agentes apropiados que tienen
al menos un enlace insaturado etilénicamente y al menos un grupo
reactivo incluyen (met)acrilato de glucidilo, acroleina,
metilolacrilamida y similares.
Ejemplos de agentes de ramificación o
reticulación apropiados que tienen al menos dos grupos reactivos
incluyen dialdehídos tales como glioxal, epicloridrina, compuestos
diepoxi y similares.
De manera apropiada, se emplea un agente de
transferencia de cadena o agente de modificación del peso molecular
para controlar la estructura del polímero. Agentes de transferencia
de cadena apropiados que pueden utilizarse para producir partículas
incluyen alcoholes, mercaptanos, tioácidos, fosfitos y sulfitos,
tales como alcohol isopropílico e hipofosfito de sodio, aunque se
pueden utilizar muchos agentes distintos de transferencia de
cadena. De manera apropiada, el proceso de polimerización comprende
las etapas de:
i) preparar una emulsión de monómero mediante la
adición de monómeros en fase acuosa a un líquido de hidrocarburo que
contiene un tensioactivo apropiado o mezcla de tensioactivos;
ii) formar una emulsión de monómeros inversos de
pequeñas gotas acuosas dispersadas en una fase oleosa; y
iii) polimerizar los monómeros de la gotas de
emulsión mediante polimerización por radicales libres.
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La fase acuosa contiene monómeros aniónicos y/o
monómeros no iónicos junto con agentes de ramificación y/o de
reticulación. Preferiblemente, las partículas poliméricas orgánicas
aniónicas presentan un tamaño de diámetro medio de partícula sin
hinchamiento menor que alrededor de 750 nanómetros, preferiblemente
menor que 500 nm, más preferiblemente de alrededor de 25 a alrededor
de 300 nm.
\newpage
Preferiblemente, los agentes de ramificación o
reticulación polifuncionales deben usarse en cantidades suficientes
para inducir suficiente ramificación en el producto polimérico y/o,
suficiente reticulación en el producto polimérico. Un contenido
apropiado de agentes de ramificación y/o reticulación
polifuncionales puede ser de al menos 4 partes molares por millón,
basado en las unidades monoméricas presentes en el polímero, aunque
se prefiere un contenido de agentes de alrededor de 4 a 6000 partes
molares por millón, más preferiblemente de alrededor de 20 a 4000 y
del modo más preferido de alrededor de 50 a 2000 partes molares por
millón.
Las partículas poliméricas orgánicas aniónicas
pueden contener de alrededor de 0 a alrededor de 99 partes en peso
de monómeros no iónicos y de alrededor de 100 a alrededor de 1 parte
en peso de monómeros aniónicos, basado en el peso total de
monómeros aniónicos y no iónicos, preferiblemente de alrededor de 10
a alrededor de 90 partes en peso de monómeros no iónicos y de
alrededor de 90 a alrededor de 10 partes en peso de monómeros
aniónicos, más preferiblemente de alrededor de 20 a alrededor de 80
partes en peso de monómeros no iónicos y de alrededor de 80 a
alrededor de 20 partes en peso de monómeros aniónicos. Las
partículas poliméricas orgánicas aniónicas presentan una carga de
al menos 2 meq/g, de manera apropiada al menos dentro del intervalo
de 2 a 18 meq/g, preferiblemente dentro del intervalo de 3 a 15
meq/g y más preferiblemente dentro del intervalo de 5 a 12
meq/g.
La composición acuosa de acuerdo con la
invención también comprende partículas coloidales aniónicas con base
de sílice, es decir sílice coloidal tal como diferentes tipos de
poli(ácido silícico), partículas de sílice, que están modificadas y
contienen otros elementos o compuestos por ejemplo amina, aluminio
y/o boro, que pueden estar presentes en la fase acuosa y/o en las
partículas de sílice y sus mezclas. En la técnica, el ácido
poli(silícico) también es denominado ácido silícico
polimérico, microgel de adición polisilícico, polisilicato y
microgel de polisilicato, quedando todos englobados por la
expresión de ácido poli(silícico) empleada en la presente
memoria. Comúnmente los compuestos que contienen aluminio de este
tipo se denominan sílice coloidal modificada con aluminio e
incluyen poli(silicato de aluminio) y microgel de
poli(silicato de aluminio), quedando englobados por la
expresión sílice coloidal modificada con aluminio que se emplea en
la presente memoria. Es posible modificar con aluminio la
superficie de las partículas silíceas preferidas, hasta un grado de
2 a 25% de sustituciones de átomos de silicio. Partículas silíceas
coloidales apropiadas se describen en las patentes de EE.UU. Nos
5.643.414, 5.603.805 y 5.447.604 y en las solicitudes de patente
internacional WO 00166491, WO 00/66482 y WO 01/46072. También es
posible utilizar mezclas de partículas apropiadas con base de
sílice.
Es preferible que las partículas aniónicas con
base de sílice se encuentren dentro del intervalo coloidal de
tamaño de partícula. De manera apropiada, el tamaño medio de
partícula de las partículas aniónicas con base de sílice está por
debajo de 50 nm aproximadamente, preferiblemente por debajo de 20 nm
aproximadamente y más preferiblemente dentro del intervalo de
alrededor de 1 a alrededor de 10 nm. Como resulta convencional en
la química de sílice, el tamaño de partícula se refiere al tamaño
medio de las partículas principales, que pueden presentarse de forma
agregada o desagregada.
La superficie específica de la partícula con
base de sílice puede ser de hasta 1700 m^{2}/g, y preferiblemente
de hasta 1000 m^{2}/g. La superficie específica de las partículas
con base de sílice está dentro del intervalo de 300 a 1000
m^{2}/g, más preferiblemente de 500 a 950 m^{2}/g.
Se puede medir la superficie específica por
medio de valoración con NaOH como describe Sears en Analytical
Chemistry 28 (1956), 12, 1981-1983 y en la patente
de EE.UU. No. 5.176.891. De este modo la superficie aportada
representa la superficie específica media de las partículas.
La relación entre partículas con base de sílice
y partículas sólidas poliméricas orgánicas aniónicas en la
composición acuosa puede ser de alrededor de 20:1 a alrededor de
1:50, normalmente de 15:1 a 1:40, preferiblemente de alrededor de
10:1 a alrededor de 1:30, más preferiblemente de alrededor de 5:1 a
1:20.
La cantidad de partículas aniónicas (partículas
poliméricas orgánicas aniónicas y partículas aniónicas con base de
sílice) de la composición acuosa es de al menos 0,01% en peso,
calculado sobre la cantidad total de composición acuosa,
preferiblemente de 0,05% en peso, más preferiblemente de 0,1% en
peso. De manera apropiada la cantidad de partículas aniónicas es
menor que 45% en peso, calculado sobre la cantidad total de
composición acuosa, preferiblemente de 35% en peso, y del modo más
preferido de 30% en peso. De manera apropiada, el contenido de
partículas aniónicas está dentro del intervalo de 1 a 45% en peso,
preferiblemente dentro del intervalo de 2 a 35% en peso y del modo
más preferido de 5 a 30% en peso.
La composición acuosa presenta una carga de al
menos 0,5 meq/g, de manera apropiada la carga se encuentra dentro
del intervalo de 1 a 18 meq/g, preferiblemente dentro del intervalo
de 2 a 15 meq/g y más preferiblemente dentro del intervalo de 3 a 12
meq/g.
La composición acuosa de partículas aniónicas
con base de sílice con partículas poliméricas orgánicas aniónicas
se emplea de manera satisfactoria como agente de floculación en el
tratamiento de aguas o en el tratamiento de aguas residuales y de
lodos de depuración residuales, ya que da lugar a importantes
beneficios.
De acuerdo con la presente invención también se
proporciona un método para preparar la composición acuosa que se ha
definido anteriormente. El método comprende mezclar partículas
coloidales aniónicas con base de sílice con partículas poliméricas
orgánicas aniónicas que se obtienen mediante polimerización de
monómeros etilénicamente insaturados con un agente de ramificación
polifuncional y/o con un agente de reticulación polifuncional.
Preferiblemente el método comprende las siguientes etapas:
(i) romper la emulsión de las partículas
poliméricas orgánicas aniónicas para dar lugar a una emulsión
inversa,
(ii) diluir la emulsión inversa de partículas
poliméricas orgánicas aniónicas,
(iii) de manera opcional, diluir la disolución
de partículas aniónicas con base de sílice, y
(iv) mezclar las partículas poliméricas
orgánicas aniónicas con las partículas aniónicas con base de sílice,
y
(v) de manera opcional añadir estabilizadores a
la composición acuosa.
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Partículas poliméricas orgánicas aniónicas
apropiadas y partículas coloidales con base de sílice empleadas en
el método incluyen las definidas anteriormente. Las partículas con
base de sílice se encuentran en el interior de un sol que presenta
un valor de S dentro del intervalo de 12 a 45%, preferiblemente de
15 a 40%, antes de mezclar las partículas poliméricas orgánicas
aniónicas como se ha definido anteriormente. Es posible medir y
calcular el valor S como describen Ilier & Dalton en J. Phys.
Chem. 60 (1956), 955-957. El valor S indica el
grado de agregación o de formación de microgel, y un valor pequeño
de S es indicativo de un elevado grado de agregación. Los soles que
contienen partículas con base de sílice pueden ser modificados con
aluminio y/o con boro como se ha mencionado anteriormente.
La relación entre partículas con base de sílice
y partículas poliméricas orgánicas aniónicas es como se ha definido
anteriormente. De igual forma, la cantidad de partículas aniónicas
(partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas aniónicas
con base de sílice) de la composición acuosa es como se ha definido
anteriormente.
La presente invención se refiere a un proceso
para la producción de papel a partir de una suspensión acuosa que
contiene fibras celulósicas y rellenos opcionales, que comprende
añadir a la suspensión un polímero orgánico catiónico y la
composición acuosa descrita anteriormente que contiene partículas
poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales aniónicas
con base de sílice.
El polímero orgánico catiónico de acuerdo con la
invención puede ser lineal, ramificado o reticulado.
Preferiblemente, el polímero catiónico es soluble en agua o
dispersable en agua. Ejemplos de polímeros catiónicos apropiados
incluyen polímeros orgánicos sintéticos y polisacáridos
catiónicos.
Ejemplos de dichos polímeros orgánicos
sintéticos catiónicos apropiados incluyen polímeros con base de
acrilato y acrilamida, así como también poli(cloruro de
dialil dimetil amonio) catiónico, poli(iminas de etileno)
catiónicas, poliaminas catiónicas, poliamidoaminas y polímeros con
base de vinilamida, resinas de melamina-formaldehído
y resinas de urea-formaldehído.
Ejemplos de polisacáridos catiónicos apropiados
incluyen almidones, gomas guar, celulosas, quitinas, quitosanes,
glicanos, galactanos, glucanos, gomas xantán, pectinas, mananos,
dextrinas, preferiblemente almidones y gomas guar. Ejemplos de
almidones catiónicos apropiados incluyen patata, trigo, tapioca,
arroz, maíz ceroso, cebada, etc.
Los almidones catiónicos y los polímeros
catiónicos con base de acrilamida son componentes poliméricos
preferidos, y pueden ser utilizados de forma individual, juntos o
con otros polímeros.
Dosis apropiadas, a modo de materia seca basada
en la pasta papelera seca y el relleno opcional, de los polímeros
catiónicos en el sistema son 0,1-50 kg/t
(kg/tonelada, "tonelada métrica") de polisacárido,
preferiblemente de 0,1-30 kg/t y más
preferiblemente de 1-10 kg/t;
0,01-15 kg/t de polímero orgánico sintético,
preferiblemente de 0,01-10 kg/t y más
preferiblemente de 0,1-2 kg/t.
Dosis apropiadas, a modo de sustancias secas
basadas en pasta papelera seca y relleno opcional, de la composición
acuosa aniónica definida anteriormente en el sistema son
0,01-15 kg/t, preferiblemente de
0,01-10 kg/t de partículas orgánicas aniónicas y más
preferiblemente de 0,05-5 kg/t.
Se pueden añadir rellenos minerales apropiados
de tipo convencional a la suspensión celulósica acuosa de acuerdo
con la invención. Ejemplos de rellenos apropiados incluyen caolín,
arcilla china, dióxido de titanio, yeso, talco y carbonatos de
calcio naturales y sintéticos tales como caliza, mármol molido y
carbonato de calcio precipitado
(PCC).
(PCC).
Por supuesto se pueden utilizar otros aditivos
que son convencionales en la fabricación de papel, en combinación
con las sustancias químicas de acuerdo con la invención, por ejemplo
capturadores de residuos aniónicos (ATC), agentes de resistencia en
estado húmedo, agentes de resistencia en estado seco, agentes
abrillantadores ópticos, colorantes, compuestos de aluminio, etc.
Ejemplos de compuestos de aluminio apropiados incluyen alumbre,
aluminatos, cloruro de aluminio, nitrato de aluminio y
poli(compuestos de aluminio) tales como poli(cloruros
de aluminio), poli(sulfatos de aluminio),
poli(compuestos de aluminio) que contienen iones de cloruro
y/o de sulfato, poli(sulfatos silicatos de aluminio) y sus
mezclas. Los compuestos de polialuminio también pueden contener
otros aniones distintos de iones cloruro, por ejemplo aniones de
ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácidos orgánicos tales como ácido
cítrico y ácido oxálico. Cuando se emplea un compuesto de aluminio
en el presente proceso, normalmente resulta preferible añadirlo
sobre la pasta papelera antes que el componente de polímero y que el
material en forma de micro- o nano-partículas.
Cantidades apropiadas de compuestos que contienen aluminio son al
menos de 0,001 kg/t, preferiblemente de 0,01-5 kg/t
y más preferiblemente de 0,05-1 kg/t, calculado en
base a Al_{2}O_{3} sobre la pasta papelera seca y el
relleno
opcional.
opcional.
Ejemplos de tales capturadores de residuos
aniónicos incluyen poliaminas, polímeros o copolímeros de aminas
cuaternarias o compuestos que contienen aluminio.
Ejemplos de resinas apropiadas que aumentan la
resistencia en húmedo incluyen resina de
poliamidoamina-epicloridrina (PAAE), resina de
urea-formaldehído (UF) y resina de
melamina-formaldehído (MF) y
glioxal-poliacri-
lamida.
lamida.
El proceso de esta invención se emplea para la
producción de papel. El término "papel", según se emplea en la
presente memoria, incluye no solo papel y su producción, sino
también otros productos similares de red, tales como por ejemplo
cartón o cartulina y su producción. La invención resulta
particularmente útil en la fabricación de papel de gramaje inferior
a 150 g/m^{2}, preferiblemente inferior a 100 g/m^{2}, por
ejemplo papel para escribir, papel de periódico, papel revestido
ligero, papel satinado y papel tisú.
El proceso se puede emplear en la producción de
papel procedente de todo tipo de pasta papelera, tanto la que
contiene madera como la que no contiene madera. De manera apropiada,
los distintos tipos de suspensiones de fibras que contienen
celulosa contienen al menos 25% en peso y preferiblemente 50% en
peso de tales fibras, basado en el peso de sustancia seca. Las
suspensiones comprenden fibras de pasta papelera química tal como
pasta papelera de sulfato, sulfito o de disolvente orgánico, pasta
papelera mecánica o pasta papelera que contiene madera tal como
pasta papelera termomecánica, pasta papelera quimiotermomecánica,
pasta papelera de afino y pasta papelera de madera desfibrada,
tanto de madera dura como de madera blanda, y también puede
presentar base de fibras recicladas, de manera opcional a partir de
pasta papelera que no contiene tinta y sus mezclas.
Se pueden añadir las sustancias químicas de
acuerdo con la presente invención a la suspensión celulósica acuosa,
o a la pasta papelera, de manera convencional y en cualquier orden.
Preferiblemente, se suele añadir el polímero catiónico a la pasta
papelera antes de añadir las partículas aniónicas, incluso si se
puede emplear el orden de adición opuesto. Es preferible añadir el
polímero catiónico antes de la etapa de corte, que puede escogerse
entre bombeo, mezcla, limpieza, etc, y añadir las partículas
aniónicas después de la etapa de corte.
A continuación se ilustra más la invención en
los ejemplos, que no pretenden limitar su alcance. Las partes y % se
refieren a partes en peso y porcentajes en peso, respectivamente, y
todas la disoluciones son acuosas, a menos que se especifique lo
contrario, las unidades son métricas.
\vskip1.000000\baselineskip
En estos ejemplos los ensayos de drenaje y
retención se llevaron a cabo empleando pastas de papel que contenían
madera y que no contenían madera. Se prepararon composiciones
acuosas de acuerdo con la invención a partir de partículas
poliméricas orgánicas (AOPP) y a partir de partículas aniónicas con
base de sílice, tal como soles de sílice. A menos que se
especifique lo contrario, en todos los ejemplos los porcentajes
están calculados en forma de productos secos.
Los compuestos empleados en la composición
acuosa de la invención o como referencia son:
- AOPP:
- partículas poliméricas cargadas aniónicamente de Polyflex CP3® disponible en Ciba Special Chemicals con un peso molecular de alrededor de 100.000 y una carga de 8,5 meq/g.
- APAM:
- poliacrilamida aniónica con un peso molecular mayor que 10 millones y alrededor de 20% de carga.
- Sol de sílice:
- relación de SiO_{2}:Na_{2}O = 45, superficie específica = 850 m^{2}/g y valor S de 20%.
\vskip1.000000\baselineskip
La composición de acuerdo con la invención se
preparó diluyendo en primer lugar el componente de AOPP y agitando
durante 1 hora. Después de ello, se añade el sol de sílice,
previamente agitado durante 5 a 10 min. a 500 rpm, sobre el AOPP. Se
preparó la mezcla de referencia de APAM y sol de sílice mediante el
mismo procedimiento.
\newpage
En este ejemplo, se registraron las medidas de
retención de material fino empleando una Jarra de Drenaje Dinámico
Britt (DDJ) equipada con una jarra de paletas. Se empleó una
estructura de malla 200 para el ensayo de retención y una velocidad
de rotor de 1000 rpm. El contenido de material fino está formado por
una combinación de material fino de relleno y material fino
procedente de la madera.
De manera inicial, se llevó a cabo la
determinación del contenido total de material fino tomando 100 ml de
pasta papelera, mezclando con 400 ml de agua y añadiéndolo a la
jarra con una velocidad de rotor de 1500 rpm. Se sometió a lavado
el material fino retirando el tapón de purga y se descartó y se
añadieron otros 500 ml de agua a la jarra. Se retiró el material
fino por completo repitiendo este proceso hasta obtener una fracción
filtrada transparente. Posteriormente se retiró de la jarra la
fracción con fibras largas, se recogió sobre un papel de filtro y
se secó para su determinación. Midiendo la consistencia de la pasta
papelera es posible deducir la consistencia de la fracción de
material fino y utilizarla como base para el cálculo de la retención
de material fino. La fracción de material fino también puede
expresarse como porcentaje de la consistencia total de la pasta
papelera de ensayo.
Para el propio ensayo de retención, se añadió
500 ml de pasta papelera homogeneizada a un DDJ limpio y en
agitación a 1000 rpm. Mediante el empleo de una secuencia temporal
se añadieron las sustancias químicas como se muestra a
continuación:
La pasta papelera era una pasta papelera que
contenía madera, preparada mezclando en un dispositivo pasta
papelera de castaño con aguas blancas procedentes del canal de
descarga de la máquina. La base de la pasta papelera era 30% de
pasta papelera mecánica, 40% de pasta papelera Kraft de madera
blanda y 30% de desechos. El pH fue de 7,6. El contenido de
material fino de la pasta papelera de ensayo fue de 69% y la
consistencia de la pasta papelera de ensayo fue de 3,45 g/l.
Almidón catiónico 2,5 kg/t, poliacrilamida catiónica de elevado
peso molecular (CPAM) 0,37 kg/t y AOPP soluble en agua 0,3 kg/t. Sin
sustancias químicas presentes se puso en marcha el reloj y se
añadieron las sustancias químicas por medio de una jeringa a la
pasta papelera en agitación de la jarra, el almidón catiónico
después de 15 segundos; CPAM - después de 25 segundos; AOPP -
después de 30 segundos; y el sol de sílice después de 35
segundos.
Después de 45 segundos se retiró el tapón de
drenaje y se recogió la primera fracción de filtrado de 100 ml. Se
determinó la consistencia de esta fracción de filtrado y se calculó
la retención de material fino empleando la consistencia total
conocida del material fino de la pasta papelera de ensayo
original.
Con el fin de evaluar el rendimiento de la
composición de acuerdo con la invención, se añadió una composición
formada por AOPP y sol de sílice después de 30 segundos de mezclar
la pasta papelera, siguiendo la secuencia temporal de los polímeros
catiónicos añadidos anteriormente.
La Tabla 1 muestra los rendimientos de la
composición acuosa de la invención y de las adiciones separadas de
AOPP y sol de sílice sobre los materiales finos.
\vskip1.000000\baselineskip
Se repitió el ejemplo anterior con la excepción
de que se empleó pasta papelera que no contenía madera. La base de
la pasta papelera fue de 10 kg/t almidón de maíz y el pH fue de 7,8.
El contenido en material fino fue de 47,4% y la consistencia de la
pasta papelera fue de 6,7 g/l. Se tomó una muestra de la pasta
papelera a partir de pasta papelera fina alimentando los
limpiadores. La base de la pasta papelera fue 30% de pasta papelera
Kraft de madera blanda, 70% de pasta papelera Kraft de madera dura,
10% de desechos con 10% de relleno (PCC). Secuencia de adición:
CPAM-AOPP - sílice aniónica.
Las dosificaciones tanto de AOPP como de
poliacrilamida aniónica (APAM) fueron en base seca. Se puso en
marcha el reloj y se añadieron las sustancias químicas por medio de
una jeringa sobre la pasta papelera agitada en una jarra limpia; la
poliacrilamida catiónica después de 25 segundos; el polímero
aniónico después de 30 segundos (AOPP o APAM); y la sílice aniónica
después de 25 segundos.
Se determinó la retención de material fino igual
que antes para la pasta papelera que contenía madera después de
drenar la primera fracción de filtrado de 100 ml a los 45 segundos.
En estos ensayos se evaluó una composición de sol de sílice y AOPP
o una mezcla de sol de sílice y APAM, se añadió la composición o la
mezcla después de mezclar la pasta papelera según la secuencia
temporal.
La Tabla 2 muestra el rendimiento de las
composiciones formadas por sol de sílice y AOPP o de la mezcla de
sol de sílice y APAM, en comparación con las adiciones separadas de
los componentes juntos con 10 kg/t de almidón y 0,25 kg/t de CPAM
(seco).
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\vskip1.000000\baselineskip
En este ejemplo se llevaron a cabo las medidas
de drenaje empleando un ensayo de Refinado Estándar Canadiense. Se
utilizó un litro de pasta papelera de ensayo diluida con una
consistencia objetivo de 3 g/l y se agitó en el DDJ a 1000 rpm, en
idénticas condiciones y secuencia temporal que en la determinación
anterior de retención de material fino. La dilución se hizo con
agua corriente a temperatura ambiente. Trascurridos 45 segundos se
transfirió la pasta papelera al dispositivo de ensayo de refinado y
se llevó a cabo el ensayo de drenaje. La pasta papelera mencionada
anteriormente era pasta papelera que contenía madera.
La Tabla 3 muestra el rendimiento de la
composición formada por AOPP y sol de sílice, en comparación con las
adiciones separadas de sol de sílice y AOPP sobre el drenaje. La
dosificación de AOPP fue la misma en todos los ensayos y fue de 0,3
kg/t.
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Se repitió el Ejemplo 3 con la excepción de que
se empleó pasta papelera que no contenía madera. Se comparó el
rendimiento de la composición que contenía sol de sílice y AOPP
sobre el drenaje con el rendimiento de la mezcla que contenía sol de
sílice y APAM. La Tabla 4 recoge los tiempos de drenaje. "Polímero
aniónico" se refiere tanto a APAM como a AOPP. La dosificación de
sol de sílice fue de 0,2 kg/t.
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Claims (15)
1. Una composición acuosa que comprende
partículas poliméricas orgánicas aniónicas y partículas coloidales
aniónicas con base de sílice, obteniéndose las partículas
poliméricas orgánicas aniónicas mediante polimerización de uno o más
monómeros insaturados etilénicamente con uno o más agentes de
ramificación polifuncionales y o agentes de reticulación
polifuncionales, estando presentes las partículas poliméricas
orgánicas aniónicas y las partículas coloidales aniónicas con base
de sílice en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el
peso total de la composición acuosa, siendo las partículas
coloidales aniónicas con base de sílice sílice, sílice modificada
con aluminio o sílice modificada con amina y presentando una
superficie específica dentro del intervalo de 300 a 1000 m^{2}/g,
encontrándose las partículas coloidales aniónicas con base de sílice
contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de
12 a 45%, antes de mezclar con las partículas poliméricas
orgánicas
aniónicas.
aniónicas.
2. Un método para preparar una composición
acuosa, que comprende mezclar partículas coloidales aniónicas con
base de sílice con partículas poliméricas orgánicas aniónicas que se
obtienen polimerizando uno o más monómeros insaturados
etilénicamente con uno o más agentes de ramificación polifuncionales
y/o agentes de reticulación polifuncionales, obteniéndose de este
modo una composición acuosa que contiene partículas coloidales
aniónicas con base de sílice y partículas poliméricas orgánicas
aniónicas en una cantidad de al menos 0,01% en peso, basado en el
peso total de la composición acuosa, siendo las partículas
coloidales aniónicas con base de sílice sílice, sílice modificada
con aluminio o sílice modificada con amina y presentando una
superficie específica dentro del intervalo de 300 a 1000 m^{2}/g,
encontrándose las partículas coloidales aniónicas con base de sílice
contenidas en un sol que presenta un valor S dentro del intervalo de
12 a 45%, antes de mezclar con las partículas poliméricas
orgánicas
aniónicas.
aniónicas.
3. Un proceso para la producción de papel a
partir de una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, y
de manera opcional rellenos, comprendiendo el proceso añadir a la
suspensión de fibras un polímero catiónico y una composición acuosa
que comprende partículas poliméricas orgánicas aniónicas y
partículas coloidales aniónicas con base de sílice, obteniéndose las
partículas poliméricas orgánicas aniónicas mediante polimerización
de uno o más monómeros insaturados etilénicamente con uno o más
agentes de ramificación polifuncionales y/o agentes de reticulación
polifuncionales, estando presentes las partículas poliméricas
orgánicas aniónicas y las partículas coloidales aniónicas con base
de sílice en la composición acuosa en una cantidad de al menos 0,01%
en peso, basado en el peso total de la composición acuosa, siendo
las partículas coloidales aniónicas con base de sílice sílice,
sílice modificada con aluminio o sílice modificada con amina y
presentando una superficie específica dentro del intervalo de 300 a
1000 m2/g, encontrándose las partículas coloidales aniónicas con
base de sílice contenidas en un sol que presenta un valor S dentro
del intervalo de 12 a 45%, antes de mezclar con las partículas
poliméricas orgánicas
aniónicas.
aniónicas.
4. La composición acuosa de acuerdo con la
reivindicación 1, el método de acuerdo con la reivindicación 2, o el
proceso de acuerdo con la reivindicación 3, que se
caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con
base de sílice se encuentran contenidas en un sol que presenta un
valor S dentro del intervalo de 15 a 40%, antes de mezclar con las
partículas poliméricas orgánicas aniónicas.
5. La composición acuosa de acuerdo con las
reivindicaciones 1 ó 4, el método de acuerdo con las
reivindicaciones 2 ó 4, o el proceso de acuerdo con las
reivindicaciones 3 ó 4, que se caracteriza por que las
partículas poliméricas orgánicas aniónicas presentan una carga de al
menos 2 meq/g.
6. La composición acuosa de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1, 4 ó 5, el método de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 ó 5 o el proceso de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3, 4 ó 5, que se
caracteriza por que las partículas poliméricas orgánicas
aniónicas se encuentran contenidas en una dispersión.
7. La composición acuosa de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 6, el método de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 6, o el proceso de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, que se
caracteriza por que la relación en peso de partículas
coloidales aniónicas con base de sílice con respecto a partículas
poliméricas orgánicas aniónicas varía de 20:1 a 1:50.
8. La composición acuosa de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 7, el método de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 7 o el proceso de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que se
caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con
base de sílice son sílice.
9. La composición acuosa de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 7, el método de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 7 o el proceso de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que se
caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con
base de sílice son sílice modificada con aluminio.
10. La composición acuosa de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 7, el método de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 7 o el proceso de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que se
caracteriza por que las partículas coloidales aniónicas con
base de sílice son sílice modificada con amina.
11. La composición acuosa de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 10, el método de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 4 a 10 o el proceso de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 10, que se
caracteriza por que las partículas poliméricas orgánicas
aniónicas comprenden uno o más monómeros que se escogen entre ácidos
(met)acrílicos, ácidos alquil (met)acrílicos, ácidos
sulfoalquil (met)acrílicos, ácidos dicarboxílicos
insaturados, estirenos sulfonados,
sulfoalquil(met)acrilamidas, acrilamidas,
N-alquil-acrilamidas,
N,N-dialquil-acrilamidas,
metacrilamidas, acetato de vinilo, acrilonitrilo,
N-vinil metilacetamida y
N-vinilpirrolidona y sales de dichos ácidos.
12. La composición acuosa de cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 4 a 11, el método de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 2 ó 4 a 11, o el proceso de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, que se caracteriza
por que el agente de ramificación polifuncional y/o el agente de
reticulación polifuncional presenta al menos dos enlaces insaturados
etilénicamente, un enlace insaturado etilénicamente y un grupo
reactivo, o dos grupos reactivos.
13. Una composición acuosa que se obtiene por
medio del método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2
ó 4 a 12.
14. Papel que se obtiene por medio del proceso
de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12.
15. La utilización de la composición acuosa de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 4 a 13 como
coadyuvante de drenaje y/o de retención para la producción de
papel.
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