ES2340840T3 - Polimero y uso del mismo en la produccion de papel y carton. - Google Patents

Abstract

Un aditivo para la producción de papel y cartón, que contiene un producto polimerizado a partir de al menos un monómero vinílico en presencia de un polisacárido catiónico, caracterizado porque el polisacárido catiónico tiene un grado de sustitución de 0,02-0,50, y porque se usan en la polimerización monómeros en la cantidad de hasta 30% calculada sobre el peso seco de los materiales de partida, en el que al menos 95% de la cantidad molar del componente monómero es amida.

Description

Polímero y uso del mismo en la producción de papel y cartón.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la química de los aditivos para la fabricación de papel. En particular, la invención se refiere a un polímero estabilizado con un polisacárido y que se usa generalmente como un aditivo en la producción de papel.

Antecedentes de la invención

Se usan diversos aditivos de fabricación de papel para mejorar las propiedades del papel.

Aditivos solubles en agua tales como poliamidas, resinas de poliamidapiclorhidrina, resinas de melamina, resinas de urea-formaldehído, poliacrilamidas así como, preferiblemente, almidón junto con sus derivados se usan para mejorar las propiedades de resistencia. El almidón es una materia prima de origen natural ventajosa y preferida. La cantidad de almidón requerida para mejorar las propiedades de resistencia es relativamente grande.

Como la fibra de madera es de carácter aniónico, el almidón natural tiene una afinidad bastante baja para la misma. Por lo tanto, el almidón se ha modificado químicamente en la dirección catiónica. El almidón se cationiza ligando sustituyentes que tienen un grupo nitrogenado iónico, tales como grupos amonio primario, secundario, terciario o cuaternario, a la cadena principal del carbohidrato. Como una medida del carácter catiónico, se usa la relación relativa de unidades de glucosa sustituidas a no sustituidas, es decir un grado de sustitución. El carácter catiónico también puede expresarse como una cantidad porcentual de nitrógeno iónico basada en el peso del almidón susti-
tuido.

De las propiedades de resistencia del papel, las propiedades de resistencia en húmedo y en seco han de observarse separadamente. Las propiedades de resistencia en seco se mejoran habitualmente añadiendo enlaces de hidrógeno a grupos OH de la fibra. Los aditivos reforzadores del papel de este tipo incluyen polímeros hidrófilos solubles en agua tales como almidón, carboximetilcelulosa o polímeros sintéticos. Estos incluyen poliacrilamidas de las que se usan las aniónicas, las catiónicas y las anfóteras. Su uso está limitado por un precio relativamente alto.

Por el término "resistencia en húmedo" se entiende habitualmente la resistencia de un papel acabado cuando se humedece, resistencia que se obtiene mediante la formación de enlaces covalentes entre las fibras. Esta propiedad es de importancia cuando se fabrica papel para, por ej., papel de filtro o papel de cocina y puede obtenerse a través de reacciones entre fibras y aditivos a una alta temperatura de la sección de secado de una máquina de fabricación de papel. Otra resistencia en húmedo, la resistencia de una banda húmeda durante la producción de papel, es de gran importancia para la capacidad de marcha de la máquina, especialmente cuando se avanza hacia una sección de secado, debido a que la banda ha estado totalmente soportada hasta ese punto. Se ha intentado mejorar esta propiedad principalmente incrementando el contenido de sólidos secos de la banda en la sección de prensado.

Para combinar las propiedades de las poliacrilamidas y los almidones para mejorar la resistencia en húmedo del papel, se han preparado productos en los que acrilamida o metacrilamida y un ácido orgánico insaturado se polimerizan en presencia de almidón. De este modo, se forma almidón al que se han unido cadenas laterales polimerizadas. El almidón es preferiblemente catiónico, teniendo típicamente un grado de sustitución de 0,01-0,70.

La solicitud de patente japonesa JP 2-26944 divulga un polímero de una acrilamida o metacrilamida y ácido de metacrilamida, preparado en una solución acuosa que contiene un polisacárido catiónico. Además de la resistencia a la tracción, se han hecho intentos de mejorar la resistencia al desgarramiento. El carácter catiónico del polisacárido es bajo, y el contenido de nitrógeno es 0,4%. En una realización, se prepara un producto polimerizando 50-95% en moles de (met)acrilamida y 5-50% en moles de un ácido carboxílico \alpha,\beta-insaturado en una solución acuosa que contiene 40-90 partes en peso de un polisacárido catiónico. En una realización adicional, un componente vinílico que ha de polimerizarse está totalmente en la forma de una amida y, después de la polimerización, parte de los grupos amida se hidroliza en grupos carboxílicos.

El objetivo de la solicitud de patente japonesa JP 3-213597 es reducir la fractura por curvatura de papel y cartulina. Dicha publicación describe un aditivo anfótero para la fabricación de papel, que se ha preparado polimerizando 30-96% en moles de metacrilamida o acrilamida y 4-50% en moles de un ácido carboxílico \alpha,\beta-insaturado o su sal en presencia de almidón catiónico, conteniendo la solución acuosa 20-90 partes en peso de almidón catiónico. Se ha presentado que el efecto se debe a la relación relativa ventajosa de grupos catiónicos del almidón a los grupos aniónicos del ácido carboxílico, debido a lo cual el producto es fuertemente adsorbido sobre la pasta papelera.

En las solicitudes de patente descritas anteriormente, el número de las cadenas laterales formadas del almidón es grande en relación al número de los grupos catiónicos, debido a que se usaba almidón poco catiónico.

Así, se usan aditivos en la producción de papel para mejorar el complejo de fibra y un aglutinante. La capacidad de marcha del papel en una máquina puede mejorarse mediante agentes que mejoran la resistencia en húmedo de la banda. La presente invención se refiere particularmente a la resistencia en húmedo de una banda, es decir a la resistencia de una banda de papel o cartulina durante la producción con un contenido de sólidos secos de aproximadamente 20-60%.

Divulgación de la invención

Después de investigaciones intensivas, se ha encontrado que un copolímero estabilizado mediante un polisacárido catiónico es un aditivo ventajoso en la producción de papel y cartulina, copolímero en el que acrilamida o metacrilamida, ácido carboxílico vinílico y opcionalmente otros monómeros vinílicos, p. ej. aminoacrilato o metacrilato de alquilo, se usan como monómeros.

Los presentes inventores han encontrado que para las propiedades de resistencia, una relación mucho menor de los números de cadenas laterales a los grupos catiónicos es ventajosa en comparación con la técnica anterior descrita anteriormente, debido a que un polisacárido que tienen un carácter catiónico superior proporciona una estabilidad mejorada. El aditivo de acuerdo con la invención mejora, además de la resistencia en húmedo de una banda, la resistencia superficial del producto. La resistencia superficial es de particular significación para papeles de impresión.

Para la preparación de un aditivo para la fabricación de papel y cartón de acuerdo con la invención definida en la reivindicación 1, se usa un polisacárido que tiene un fuerte carácter catiónico, que en una solución acuosa está listo para usar, y no es necesaria una cocción que exige mucho tiempo. El grado de sustitución del polisacárido catiónico es aproximadamente 0,02-0,50. El polisacárido usado es preferiblemente almidón degradado. El almidón puede ser cualquier almidón conocido, p. ej. almidón de patata, maíz, cebada, trigo o tapioca. Además del almidón, otros polisacáridos útiles son, p. ej., dextrina, amilopectina, amilosa y manosa.

Además, se usan monómeros vinílicos en el producto de acuerdo con esta invención. La proporción de los monómeros calculada sobre el contenido de sólidos secos de los materiales de partida no es mayor de aproximadamente 30%, preferiblemente por debajo de 20%. Por otra parte, al menos aproximadamente 95% de la cantidad molar del componente monómero es amida. En la preparación del producto de acuerdo con la invención, se usan iniciadores de la polimerización y agentes de ajuste del pH según se conoce en la técnica. Iniciadores adecuados son, p. ej., sales de cerio, persulfatos, hidroperóxidos solos o junto con una sal metálica reductora, o compuestos azoicos.

En lo siguiente, la invención se describe por medio de ejemplos.

Ejemplo 1 Preparación de un aditivo para la producción de papel de acuerdo con la invención

1

El almidón catiónico tiene un grado de sustitución de 0,20; la cationización se ha llevado a cabo usando un compuesto de amonio cuaternario.

El almidón catiónico y el agua se mezclan entre sí en un reactor. El pH de la solución se ajusta hasta 7 usando ácido acético, y se añade 20% de las soluciones acuosas tanto de hidroperóxido de terc-butilo como de metabisulfito sódico. La temperatura se eleva hasta 60ºC, y se dispone una atmósfera de nitrógeno en el reactor a lo largo de la duración de la reacción.

Se inicia la adición de ácido acrílico y acrilamida, prolongándose la adición durante un período de 120 minutos.

Al mismo tiempo, se inicia la adición de la cantidad restante de la solución del hidroperóxido de terc-butilo y metabisulfito sódico, prolongándose la adición durante un período de 50 minutos.

Después de las adiciones, la reacción se continúa durante 120 minutos a 60ºC bajo agitación. La reacción puede iniciarse mediante diversos iniciadores, como en el ejemplo anterior mediante un par de reactivos de oxidación-reducción, que incluye entre otras cosas un par de sulfato de cobre-peróxido de hidrógeno, o, p. ej. mediante una sal de cerio. El catalizador también puede ser un persulfato u otro catalizador usado comúnmente en la polimerización en emulsión.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 2 Ensayo de hojas de prueba

En este ensayo, se usaron una pasta papelera para fabricación de papel basada en pasta papelera química, pasta papelera mecánica y rechazo de una papelera y un molde de laboratorio para formar hojas. Las hojas se prepararon con un peso de 60 g/m^{2}. La adición de aditivos (almidón catiónico o el producto de acuerdo con el ejemplo 1) se llevó a cabo como kg por tonelada de pasta papelera seca.

2

La resistencia a la tracción en húmedo se determinó rápidamente sobre las hojas húmedas (aproximadamente 35% de sólidos secos).

Una tira de papel se estiró mediante un dispositivo de medida a velocidad constante (50 mm/min) y se registró la fuerza de tracción requerida para provocar la fractura del papel.

Los resultados muestran que el producto de ensayo de acuerdo con la invención mejora la resistencia a la tracción en húmedo de las hojas mientras que el almidón catiónico solo no lo hace.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 3

Se prepararon hojas de laboratorio a partir de una pasta papelera que consistía en 80% de pasta papelera mecánica y 20% de pasta papelera química. Las adiciones de los aditivos se dan en kg/t. En el Ejemplo, las hojas ensayadas se prepararon usando un molde de formación de hojas con orientación de fibras en el que pueden distinguirse la dirección de la máquina (MD) y la dirección transversal (CD).

3

Puede observarse que el producto de acuerdo con la invención mejora signifi- cativamente la resistencia de la banda en húmedo tanto en la dirección de la máquina como en la dirección transversal.

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 4

Se prepararon hojas de laboratorio a partir de una pasta papelera que consistía en 15% de pasta papelera química, 20% de rechazo y 55% de pasta papelera mecánica, y como carga caolín, de modo que el nivel de cenizas será 20%. Las adiciones de los aditivos se dan en kg/t de los sólidos secos de la pasta papelera.

Las hojas se prepararon hasta un gramaje de 70 g/m^{2}.

En la preparación de las hojas, también se usó un almidón de pasta papelera convencional (MT) que se añadió en una cantidad de 5 kg/t.

4

Cuando se preparaban estas hojas, se usó un molde orientador de fibras. Usando el producto de ensayo, la resistencia a la tracción en húmedo se mejoraba principalmente en la dirección de la máquina cuando el producto de ensayo se añadía en la cantidad de 2 kg/t. Además, la resistencia superficial IGT se midió sobre estas hojas, y también podía observarse una ligera mejora en comparación con el punto cero así como el uso del almidón de pasta papelera solo. El arranque IGT indica cómo la superficie de un papel, que se ha impreso con un tinta de impresión, es capaz de resistir la abrasión antes de que la superficie se aterciopele y las fibras puedan observarse sobre la superficie.

Además de lo que se describe anteriormente, un producto de acuerdo con la invención puede usarse en la producción de papel y cartulina, por ejemplo para estabilizar dispersiones de apresto hidrófobas. Tales aprestos son, p. ej., AKD (dímero de alquilceteno) y ASA (anhídrido alquenilsuccínico). Así, la adición de tales dispersiones de apresto a la pasta papelera también mejora la resistencia en húmedo de la banda.

Claims (6)

1. Un aditivo para la producción de papel y cartón, que contiene un producto polimerizado a partir de al menos un monómero vinílico en presencia de un polisacárido catiónico, caracterizado porque el polisacárido catiónico tiene un grado de sustitución de 0,02-0,50, y porque se usan en la polimerización monómeros en la cantidad de hasta 30% calculada sobre el peso seco de los materiales de partida, en el que al menos 95% de la cantidad molar del componente monómero es amida.

2. El aditivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque hasta 5% de la cantidad molar del componente monómero es ácido carboxílico vinílico.

3. El aditivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se usan en la polimerización monómeros en la cantidad de hasta 20% calculada sobre el peso seco de los materiales de partida.

4. El aditivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el polisacárido es almidón degradado.

5. Un uso del aditivo de acuerdo con la reivindicación 1 en la producción de papel y cartón.

6. El uso de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el aditivo se añade en una cantidad de 1-3 kg por tonelada de los sólidos secos de la pasta papelera.