ES2501166T3 - Proceso para la fabricación de papel - Google Patents

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Abstract

Un proceso para la fabricación de papel y cartón que comprende proporcionar una suspensión que comprende fibras celulósicas y al menos un agente de encolado seleccionado del grupo que consiste en dímeros de cetonas y anhídridos de ácidos, escurrir dicha suspensión formando de este modo una banda continua de papel, caracterizado por que a la suspensión se añade un polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos, y un polímero de adición de vinilo aniónico con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000.

Description

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DESCRIPCIÓN
Proceso para la fabricación de papel
La presente invención se refiere a un proceso para la fabricación de papel y cartón que comprende la adición de dos polímeros diferentes a una suspensión acuosa que contiene celulosa siendo uno un polímero de adición vinilo catiónico que contiene aromáticos y el otro un polímero aniónico con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000 seleccionado del grupo que consiste en polímeros de adición de vinilo.
Antecedentes
Los agentes de encolado interno normalmente se añaden al extremo húmedo del proceso de fabricación de papel por medio de los cuales se reduce la capacidad de adsorción del papel de líquidos. Los agentes de encolado internos usados comúnmente son agentes de encolado a base de derivados de colofonia y agentes de encolado reactivos con la celulosa, en particular dímeros de ceteno y anhídridos de ácidos. El papel de oficina de usos múltiples necesita ser encolado de forma más fuerte para poder funcionar correctamente en las máquinas de reproducción de alta velocidad de hoy en día. Una forma de obtener papel que esté completamente encolado, es decir, con un número cobb60 por debajo de 30 o con la medida del ángulo de contacto de una gota de agua en el papel, donde ángulos mayores de 80 grados después de 10 segundos indican un buen encolado, es añadir más agente de encolado a la suspensión. Sin embargo, aumenta la probabilidad de terminar con problemas de aptitud para el funcionamiento en la fábrica de papel, así como los costes de producción.
Aparte de la adición de agentes de encolado a la suspensión de pasta, también se añaden a la suspensión agentes de escurrido y de retención. Como su nombre indica, los últimos agentes mejoran tanto el escurrido y la retención de la suspensión de pasta. Según la presente invención sorprendentemente se ha encontrado que la eficacia del encolado se mejora mediante la adición de al menos dos tipos diferentes de polímeros a la suspensión de pasta con los polímeros funcionando simultáneamente como agentes de escurrido y de retención. Así, mediante la aplicación del presente proceso de encolado se influyen positivamente el escurrido y la retención. El efecto también se observa en suspensiones con altos niveles de conductividad.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 5595629 se refiere a un proceso de fabricación de papel que comprende la formación de una suspensión acuosa celulósica para fabricar papel y la adición de un polímero catiónico y de un polímero aniónico a la suspensión para aumentar la retención y/o el drenaje.
El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 5584966 describe un proceso para mejorar la formación de papel durante el proceso de fabricación de papel usando una combinación de microgeles de polisilicato (PSM, del inglés polysilicate microgels) en combinación con polímeros catiónicos y aniónicos.
Según la presente invención, se ha encontrado que se puede obtener un encolado específicamente mejorado mediante un proceso para la fabricación de papel y cartón que comprende proporcionar una suspensión que comprende celulosa y al menos un agente de encolado, escurrir dicha suspensión formando de este modo una banda continua de papel, por medio del cual se añade a la suspensión un polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos y un polímero aniónico con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000 seleccionado del grupo que consiste en polímeros de adición de vinilo y polímeros de condensación.
Descripción detallada de la invención
La presente invención no se limita a tipos específicos de suspensiones de celulosa, pero se puede aplicar a suspensiones de celulosa que contienen pasta virgen o reciclada y diferentes cargas tales como carbonato de calcio. El pH de la suspensión también puede variar de ser ácida, que es el caso si se usan agentes de encolado derivados de colofonias, a ser neutro o alcalino. Si se usan agentes de encolado reactivos con la celulosa el pH de la suspensión de celulosa es neutro a alcalino, es decir, en el intervalo de aproximadamente 5 hasta aproximadamente 10, lo que también hace posible la inclusión en la suspensión de cargas inorgánicas, por ejemplo, carbonato de calcio precipitado y arcillas. Los dos polímeros diferentes son apropiados para añadir a una suspensión que contiene lignocelulosa bastante diluida comúnmente conocida como la alimentación fina que tiene una concentración de desde 0,1 hasta 3,0 % en peso basado en fibras secas.
La suspensión de celulosa contiene al menos un agente de encolado seleccionado del grupo que consisten en dímeros de ceteno y anhídridos de ácidos, normalmente presente en una cantidad de desde 0,01 a 5 % en peso basado en fibras secas, y tiene un valor de pH donde el agente de encolado reactivo con la celulosa todavía funciona correctamente, es decir, un pH en el intervalo de desde 5 hasta 10. Los agentes de encolado reactivos con la celulosa son dímeros de ceteno, anhídridos de ácidos, y sus mezclas.
Según el presente proceso se añade a la suspensión de celulosa un polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos y un polímero de adición de vinilo aniónico con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000. Normalmente, el polímero catiónico se
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añade a la suspensión antes de la adición del polímero aniónico. Idóneamente, la adición del polímero catiónico se sigue por una etapa o etapas de cizallamiento, mientras que el polímero aniónico se añade después de cualquier etapa que proporcione un cizallamiento significativo, pero antes de la formación de la banda continua de papel.
Polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos
El polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos puede ser lineal o ramificado y contener monómeros con grupos aniónicos o potencialmente aniónicos, siempre y cuando la carga global del polímero sea catiónica. Sin embargo, el polímero catiónico se obtiene preferiblemente mediante la polimerización de una mezcla de reacción esencialmente libre de monómeros con grupos aniónicos o grupos que se pueden transformar a aniónicos en composiciones acuosas. El polímero catiónico puede ser un homopolímero o un copolímero que contiene monómeros aromáticos catiónicos, monómeros no aromáticos catiónicos y monómeros no iónicos, siendo éstos últimos también no aromáticos. Idóneamente, el polímero de adición de vinilo catiónico contiene monómeros aromáticos catiónicos seleccionados del grupo que consiste en acrilamida, (met)acrilamida, acrilato y (met)acrilato, por medio de los cuales dichos monómeros catiónicos preferiblemente tienen al menos un grupo aromático unido covalentemente a un átomo de nitrógeno, ya sea de forma directa o a través de grupos hidrocarburo que pueden tener heteroátomos. Preferiblemente, el polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos contiene monómeros de (met)acrilamida y/o de (met)acrilato aromáticos que están presentes en el polímero en una cantidad de aproximadamente 2 % molar hasta aproximadamente 97 % molar. El polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos se obtiene adecuadamente mediante la polimerización de un monómero catiónico o de una mezcla de reacción que contiene una mezcla de monómeros que comprende un monómero catiónico representado por la fórmula general (1):
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en donde R1 es H o CH3; R2 y R3 son independientemente uno del otro un hidrógeno o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos de carbono, normalmente 1 a 2 átomos de carbono; A1 es O o NH; B1 es un grupo alquileno que tiene de 2 a 8 átomos de carbono, adecuadamente de 2 a 4 átomos de carbono, un grupo hidroxi propileno o un grupo hidroxi etileno; Q es un sustituyente que contiene un grupo aromático, adecuadamente un grupo fenilo o fenilo sustituido, que puede estar unido al nitrógeno por medio de un grupo alquileno que normalmente tiene de 1 a 3 átomos de carbono, adecuadamente de 1 a 2 átomos de carbono, y preferiblemente Q es un grupo bencilo (-CH2-C6H5); y X- es un contraión aniónico, normalmente un haluro como cloruro. Ejemplos de monómeros apropiados representados por la fórmula general (I) incluyen monómeros cuaternarios obtenidos mediante el tratamiento de dialquilaminoalquil (met)acrilatos, por ejemplo, dimetilaminoetil (met)acrilato, dietilaminoetil (met)acrilato y dimetilaminohidroxipropil (met)acrilato, y dialquilaminoalquil (met)acrilamidas, por ejemplo, dimetilaminoetil (met)acrilamida, dietilaminoetil (met)acrilamida, dimetilaminopropil (met)acrilamida, y dietilaminopropil (met)acrilamida, con cloruro de bencilo. Monómeros catiónicos preferidos de la fórmula general (I) incluyen sal cuaternaria del cloruro de dimetilaminoetilacriato de bencilo, sal cuaternaria del cloruro de dimetilaminoetilmetacriato de bencilo y sal cuaternaria del cloruro de dimetilaminopropil (met)acrilamida de bencilo.
El polímero de adición de vinilo catiónico puede ser un homopolímero preparado a partir de un monómero catiónico con un grupo aromático o un copolímero preparado a partir de una mezcla de monómeros que comprende un monómero catiónico con un grupo aromático y uno o más monómeros copolimerizables. Monómeros no iónicos copolimerizables apropiados incluyen monómeros representados por la fórmula general (II):
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en donde R4 es H o CH3; R5 y R6 son cada uno H o un grupo hidrocarbonado, adecuadamente alquilo, que tiene de 1 a 6, adecuadamente de 1 a 4 y normalmente de 1 a 2 átomos de carbono; A2 es O o NH; B2 es un grupo alquileno de desde 2 a 8 átomos de carbono, adecuadamente de 2 a 4 átomos de carbono, o un grupo hidroxi propileno o, alternativamente, A y B son ambos nada por lo que existe un enlace sencillo entre C y N (O=C -NR5R6). Ejemplos de monómeros copolimerizables apropiados de este tipo incluyen (met)acrilamida; monómeros a base de acrilamida como N-alquil (met)acrilamidas y N,N-dialquil (met)acrilamidas, por ejemplo, N-n-propilacrilamida, N-isopropil (met)acrilamida, N-n-butil (met)acrilamida, N-isobutil (met)acrilamida y N-t-butil (met)acrilamida; y dialquilaminoalquil (met)acrilamidas, por ejemplo, dimetilaminoetil (met)acrilamida, dietilaminoetil (met)acrilamida, dimetilaminopropil (met)acrilamida y dietilaminopropil (met)acrilamida; monómeros a base de acrilato como dialquilaminoalquil (met)acrilatos, por ejemplo, dimetilaminoetil (met)acrilato, dietilaminoetil (met)acrilato, t-butilaminoetil (met)acrilato y
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dimetilaminohidroxipropil acrilato; y vinilamidas, por ejemplo, N-vinilformamida y N-vinilacetamida. Monómeros no iónicos copolimerizables preferidos incluyen acrilamida y metacrilamida, es decir, (met)acrilamida, y el polímero principal es preferiblemente un polímero a base de acrilamida.
Monómeros catiónicos copolimerizables apropiados incluyen los monómeros representados por la fórmula general (III):
imagen3
en donde R7 es H o CH3; R8 y R9 son preferiblemente un grupo hidrocarbonado, adecuadamente un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos de carbono; R10 puede ser un hidrógeno o preferiblemente un grupo hidrocarbonado, adecuadamente un grupo alquilo que tiene de 1 a 8 átomos de carbono, normalmente de 1 a 2 átomos de carbono; A3 es O o NH; B3 es un grupo alquileno de desde 2 a 4 átomos de carbono, adecuadamente de 2 a 4 átomos de carbono, o un grupo hidroxi propileno, y X- es un contraión aniónico, normalmente metilsulfato o un haluro como cloruro. Ejemplos de monómeros copolimerizables catiónicos apropiados incluyen sales de adición de ácido y sales de amonio cuaternario de los dialquilaminoalquil (met)acrilatos y dialquilaminoalquil (met)acrilamidas mencionadas anteriormente, normalmente preparadas usando ácidos como Cl, H2SO4, etc., o agentes de cuaternización como cloruro de metilo, sulfato de dimetilo, etc.; y cloruro de dialildimetilamonio. Monómeros catiónicos copolimerizables preferidos incluyen la sal cuaternaria del cloruro de dimetilaminoetil (met)acrilato de metilo, cloruro de dialildimetilamonio y sal cuaternaria del cloruro de dimetilaminopropil (met)acrilamida bencilo. También se pueden emplear y, preferiblemente, en cantidades menores, monómeros aniónicos copolimerizables como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, varios monómeros de adición de vinilo sulfonados, etc.
El polímero de adición de vinilo catiónico se puede preparar a partir de una mezcla de monómeros que generalmente comprende de 1 a 99 % en moles, adecuadamente de 2 a 50 % en moles y preferiblemente de 5 a 20 % en moles de monómero catiónico con un grupo aromático, preferiblemente representado por la fórmula general (I), y de 99 a 1 % en moles, adecuadamente 98 a 50 % en moles, y preferiblemente de 95 a 65 % en moles de otros monómeros copolimerizables que comprenden preferiblemente acrilamida o metacrilamida ((met)acrilamida), comprendiendo la mezcla de monómeros adecuadamente de 98 a 50 % en moles y preferiblemente de 95 a 80 % en moles de (met)acrilamida, comprendiendo el resto hasta 100 %, preferiblemente los compuestos según la fórmula I y
II.
Alternativamente, el polímero catiónico puede ser un polímero sometido a modificación aromática usando un agente que contiene un grupo aromático. Agentes modificadores apropiados de este tipo incluyen cloruro de bencilo, bromuro de bencilo, cloruro de N-(3-cloro-2-hidroxipropil)-N-bencil-N,N-dimetilamonio, y cloruro de N-(3-cloro-2hidroxipropil) piridinio. Polímeros apropiados para una modificación aromática de este tipo incluyen polímeros de adición de vinilo. Si el polímero contiene un nitrógeno terciario que puede ser cuaternizado por el agente modificador, el uso de tales agentes normalmente da como resultado que el polímero se trasforme en catiónico. Alternativamente, el polímero a someter a modificación aromática puede ser catiónico, por ejemplo un polímero de adición de vinilo catiónico.
Normalmente, la densidad de carga del polímero catiónico está en el intervalo de desde 0,1 a 6,0 meqv/g de polímero seco, adecuadamente de 0,2 a 4,0 y preferiblemente de 0,5 a 3,0. El peso molecular promedio en peso del polímero catiónico es normalmente al menos aproximadamente 500.000, adecuadamente por encima de aproximadamente 1.000.000 y preferiblemente por encima de aproximadamente 2.000.000. El límite superior no es crítico; puede ser de aproximadamente 30.000.000, normalmente 20.000.000 y adecuadamente 10.000.000.
El polímero de adición de vinilo catiónico se puede añadir a la suspensión en cantidades que pueden variar dentro de amplios límites dependiendo de, entre otras cosas, el tipo de suspensión, contenido de sal, tipo de sales, contenido de carga, tipo de carga, punto de adición, etc. Normalmente el polímero de adición de vinilo catiónico se añade en una cantidad que da mejor encolado, escurrido y retención que el obtenido cuando no se añade siempre y cuando se añada el polímero de adición de vinilo aniónico. El polímero catiónico se añade normalmente en una cantidad de al menos 0,002 %, a menudo al menos 0,005 % en peso, basado en pasta seca, mientras que el límite superior es normalmente 1,0 % y adecuadamente 0,5 % en peso.
Polímero de adición de vinilo aniónico
Además del polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos descrito anteriormente, se añade a la suspensión de celulosa un polímero de adición de vinilo aniónico con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000. El polímero aniónico puede ser lineal, ramificado o reticulado, adecuadamente esencialmente lineal, y normalmente soluble en agua o dispersable en agua. El polímero aniónico puede ser, además, un homopolímero o un copolímero que contiene al menos dos tipos
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diferentes de monómeros. El polímero aniónico es un polímero de adición de vinilo con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000. Polímeros de adición de vinilo aniónicos apropiados son los polímeros obtenidos a partir de una mezcla de reacción que comprende monómeros insaturados vinílicos, preferiblemente monómeros insaturados vinílicos que contienen aromáticos, con uno o más grupos aniónicos o grupos que se transforman en aniónicos en disoluciones acuosas, adecuadamente al menos un grupo sulfonato. Ejemplos de grupos aniónicos unidos a los monómeros insaturados vinílicos son grupos fosfato, grupos fosfonato, grupos sulfato, grupos ácido sulfónico, grupos sulfonato, grupos ácido carboxílico, grupos carboxilato tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido etil acrílico, ácido crotónico, ácido itacónico, ácido maleico o sales de los mismos, grupos alcóxido, grupos ácido maleico y grupos fenólicos, es decir, fenilos y naftilos hidroxi-sustituidos. Los grupos que llevan una carga aniónica son normalmente sales de un metal alcalino, alcalinotérreo o amoníaco. El polímero de adición de vinilo aniónico puede también en cierta medida contener grupos catiónicos tales como monómeros con grupos catiónicos, sin embargo, es preferible que los únicos grupos iónicos presentes en el polímero de adición de vinilo sean aniónicos. Preferiblemente, los grupos aniónicos están unidos a los monómeros insaturados (etilénicamente) vinílicos aromáticos tales como estireno, es decir, sulfonato de estireno. Si el polímero de adición de vinilo aniónico es un copolímero, dicho polímero se puede obtener a partir de una mezcla de reacción que comprende monómeros insaturados vinílicos no iónicos, por ejemplo acrilamida, (met)acrilamida. El polímero de adición de vinilo aniónico puede comprender de aproximadamente 20 % en moles hasta aproximadamente 100 % en moles de monómeros aniónicos que contienen al menos una carga aniónica.
El peso molecular promedio en peso del polímero de adición de vinilo aniónico está en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000. El límite inferior es adecuadamente de aproximadamente 7.000, preferiblemente de aproximadamente 8.000, preferiblemente de aproximadamente 15.000, preferiblemente de aproximadamente 25.000, mientras que el límite superior es adecuadamente de hasta aproximadamente 80.000, preferiblemente hasta aproximadamente 75.000, preferiblemente hasta 45.000, preferiblemente hasta aproximadamente 40.000. Cualquier combinación de límite inferior y superior puede ser un intervalo preferido. Si el polímero aniónico es un polímero de adición de vinilo, los intervalos preferidos del peso molecular promedio en peso es de aproximadamente 10.000 hasta aproximadamente 100.000, más preferiblemente de aproximadamente 15.000 hasta aproximadamente 75.000, lo más preferiblemente de aproximadamente 25.000 hasta aproximadamente
45.000.
El polímero de adición de vinilo aniónico puede tener un grado de sustitución aniónica (DSA, del inglés degree of anionic substitution) que varía en un amplio intervalo que depende, entre otras cosas, del tipo de polímero usado; DSA es normalmente de 0,01 a 2,0, adecuadamente de 0,02 a 1,8 y preferiblemente de 0,025 a 1,5; y el grado de sustitución aromática (DSQ) puede ser de 0,001 a 1,0, normalmente de 0,01 a 1,0, adecuadamente de 0,02 a 0,7 y preferiblemente de 0,025 a 0,5. En caso de que el polímero aniónico contenga grupos catiónicos, el grado de sustitución catiónica (DSc, del inglés degree of cationic substitution) puede ser, por ejemplo, de 0 a 0,2, adecuadamente de 0 a 0,1 y preferiblemente de 0 a 0,05, teniendo el polímero aniónico una carga global aniónica. Normalmente, la densidad de carga aniónica del polímero aniónico está en el intervalo de desde 0,1 a 6,0 meqv/g de polímero seco, adecuadamente de 0,5 a 5,0 y preferiblemente de 1,0 a 5,0.
El polímero de adición de vinilo aniónico se puede añadir a la suspensión en cantidades que pueden variar dentro de amplios límites dependiendo de, entre otras cosas, el tipo de alimento, contenido de sal, tipo de sales, contenido de carga, tipo de carga, punto de adición, etc. Normalmente, el polímero aniónico se añade en una cantidad que da mejor encolado, escurrido y retención que los obtenidos cuando no se añade el polímero aniónico siempre y cuando se añada el polímero de adición de vinilo catiónico. El polímero aniónico se añade normalmente en una cantidad de al menos 0,001 %, a menudo al menos 0,005 % en peso, basado en pasta seca, mientras que el límite superior es normalmente 3,0 % y adecuadamente 1,0 % en peso.
Según una realización preferida de la presente invención, el polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos se puede proporcionar como una composición acuosa, adecuadamente una disolución acuosa, que comprende además preferiblemente polímeros catiónicos, por ejemplo polímeros catiónicos sintéticos y polímeros de origen natural. Polímeros catiónicos sintéticos apropiados son polímeros de adición de vinilo tales como polímeros a base de acrilamida o polímeros a base de acrilato. Otros polímeros catiónicos sintéticos incluyen polímeros de condensación catiónicos como polímeros de epihalohidrina, por ejemplo, polímeros formados mediante la reacción de aminas alifáticas y epiclorhidrina, polímeros de poliamideamina, polímeros de polietileneimina. Polímeros catiónicos de origen natural preferidos son los polisacáridos catiónicos, en particular almidón catiónico y almidón catiónico aromático-sustituido. La disolución acuosa contiene preferiblemente el polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos en una cantidad predominante, es decir, al menos 50 % en peso, a pesar de que los efectos están presentes en cantidades considerablemente menores, cantidades de al menos 10 % en peso. Los polímeros catiónicos adicionales a que se refiere este párrafo también se pueden añadir por separado.
Según otra realización adicional preferida de la presente invención, a la suspensión se añaden materiales inorgánicos y aniónicos en forma de micropartículas como partículas aniónicas a base de sílice, ácido polisilícico y arcillas del tipo de esmectita. El material inorgánico y aniónico en forma de micropartículas se puede añadir por separado a la suspensión o estar comprendido preferiblemente en una composición acuosa que también comprende al polímero aniónico.
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Además, el proceso también puede ser útil en la fabricación de papel y cartón a partir de suspensiones celulósicas con alta conductividad. En tales casos, la conductividad de la suspensión que se escurre sobre el alambre es normalmente al menos 1,0 mS/cm, adecuadamente al menos 2,0 mS/cm, y preferiblemente al menos 3,5 mS/cm. La conductividad se puede medir mediante un equipo estándar tal como, por ejemplo, un instrumento WTW LF 539 suministrado por Christian Berner. Los valores referidos anteriormente se determinan adecuadamente mediante la medición de la conductividad de la suspensión celulósica que se alimenta o que está presente en la caja de inicio de la máquina de papel o, alternativamente, mediante la medición de la conductividad del agua blanca obtenida por el escurrido de la suspensión. Niveles altos de conductividad significan elevados contenidos de sales (electrolitos) que se pueden derivar de los materiales usados para formar la alimentación, a partir de diversos aditivos introducidos en la alimentación, a partir del agua fresca suministrada al proceso, etc. Además, el contenido de sales es normalmente más alto en los procesos donde se recircula extensivamente el agua blanca lo que puede conducir a una considerable acumulación de sales en el agua que circula en el proceso.
La invención se ilustra adicionalmente en los siguientes ejemplos que, sin embargo, no pretenden limitar la misma. Las partes y % se refieren a partes en peso y % en peso basado en fibras secas, respectivamente, a menos que se indique lo contrario. Todo compuesto añadido a la composición de fabricación se calcula como materia seca, si no se indica lo contrario. En los ejemplos, una buena retención se muestra por un valor bajo de turbidez en el agua blanca, es decir, se retienen más finos y cargas en la hoja formada. Un valor de turbidez por debajo de 120 es aceptable y un valor por debajo de 90 es excelente en este conjunto de experimentos. La cifra de escurrido también debe ser baja. El encolado del papel se midió por el ángulo de contacto de una gota de agua en el papel. Ángulos de contacto mayores de 80 grados después de 10 segundos están indicando un buen encolado.
Ejemplo 1
La pasta (al 3 %) usada fue una mezcla 80/20 de pasta kraft de madera dura/madera blanda. A la pasta se añadió una carga de carbonato de calcio molido (GCC, del inglés ground calcium carbonate), a una concentración de carga del 40 % sobre sólidos secos. La composición de fabricación resultante se diluyó al 0,3 % antes de añadir productos químicos adicionales. Las adiciones de los productos químicos se expresan como % sobre sólidos secos en la composición de fabricación.
En este ejemplo se usaron dos composiciones de fabricación, una con una baja conductividad de 500 µS/cm (composición de fabricación I), la otra con una alta conductividad de 4,0 µS/cm (composición de fabricación II). La conductividad se ajustó mediante la adición de sulfato de sodio. A las composiciones de fabricación se añadieron una dispersión que contenía un agente de encolado convencional de dímero de ceteno y 1 % de almidón catiónico. Después de estas adiciones, se añadió o bien 0,1 % de una poliacrilamida catiónica aromática con grupos bencildimetilamonio (A-PAM) o 0,1 % de una poliacrilamida catiónica no aromática convencional (C-PAM) antes de la adición de cualquiera de 0,1% de una sol de sílice o de 0,1 % de un sulfonato de poliestireno aniónico con un peso molecular promedio en peso de 70.000 (PSS). Las cantidades añadidas de los compuestos se indican en la tabla I y II. Las propiedades de retención y de escurrido de las composiciones de fabricación formadas se evaluaron mediante la medición del tiempo de escurrido usando un Analizador de Drenaje Dinámico (unidad-ADD). Un valor bajo en esta prueba significa una mejor eficiencia de escurrido. La retención se evaluó mediante la medición de la turbidez del agua blanca con un Nefelómetro 156 de Novasine. Un valor de turbidez bajo significa una mayor retención de sólidos en la unidad-ADD. Además, el encolado del papel formado, seco y curado se evaluó mediante la medición del ángulo de contacto de agua después de 10 segundos usando un medidor de Absorción Dinámica y de ángulo de contacto de Fibro Systems (DAT). Un valor alto del ángulo de contacto significa una mejor eficiencia de encolado.
Tabla I, Composición de fabricación II (elevada conductividad)
Prueba
Cantidad de dímero de ceteno añadido / [kg / t pasta seca] Tipo de poliacrilamida catiónica Tipo de compuesto aniónico Turbidez Escurrido / [s] Ángulo de contacto (10 s / [grados]
blanco*
0,2 Ninguna Ninguno 390 7,8 por debajo de 10
1
0,2 C-PAM sol de sílice 91 6,92 29,6
2
0,2 A-PAM PSS 47 4,54 44,6
3
0,3 C-PAM sol de silica 90 6,64 80,8
4
0,3 A-PAM PSS 43 4,47 84,6
5
0,4 C-PAM sol de sílice 90 6,77 89,9
6
0,4 A-PAM PSS 47 4,47 94,4
* Sin adición de poliacrilamida catiónica o de compuesto aniónico, las condiciones fueron las mismas que para las pruebas 1 y 2.
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Como se muestra en la tabla I, la adición de un polímero de adición de vinilo catiónico modificado-aromáticamente y de un polímero de adición de vinilo aniónico aumenta significativamente no sólo el escurrido y la retención sino también la eficiencia del encolado.
Tabla II, Composición de fabricación I (baja conductividad)
Prueba
Cantidad de dímero de ceteno añadido / [kg / t pasta seca] Tipo de poliacrilamida catiónica Tipo de compuesto aniónico Turbidez Escurrido / [s] Ángulo de contacto (10 s / [grados]
blanco*
0,3 Ninguna Ninguno 420 5,6 35
1
0,3 C-PAM sol de sílice 100 4,8 83,3
2
0,3 A-PAM PSS 76 3,5 87,8
* En esta prueba no se usaron ni poliacrilamida catiónica ni compuesto aniónico, las condiciones fueron las mismas que para las pruebas 1 y 2.
5 Ejemplo 2
La composición de fabricación usada fue la misma que la usada en el ejemplo 1, sin embargo, en este ejemplo la composición de fabricación se ajustó a una conductividad de 400 µS/cm.
A la composición de fabricación se añadió la dispersión de encolado como la usada en el ejemplo 1, seguido de la adición del almidón catiónico. La dosificación para el encolado fue de 0,03 % (calculado como dímero de ceteno 10 activo sobre composición de fabricación de seca) y para el almidón catiónico de 1,0 %. Después de estas adiciones, se añadió 0,1 % de poliacrilamida catiónica aromática con grupos bencildimetilamonio antes de la adición de 0,07 % de un sulfonato de poliestireno aniónico con diferentes pesos moleculares promedios en peso como se indica en la tabla III y un sulfonato de naftaleno aniónico, respectivamente. Las cantidades añadidas de los compuestos se indican en la tabla III. Las propiedades de retención y de escurrido de las composiciones de fabricación formadas se
15 evaluaron mediante la medición del tiempo de escurrido usando una unidad-ADD. La retención se evaluó mediante la medición de la turbidez del agua blanca con un Nefelómetro 156 de Novasine. Además, el encolado del papel formado, seco y curado se evaluó mediante la medición del ángulo de contacto de agua después de 10 segundos usando un equipo DAT.
Tabla III
Prueba
Peso molecular promedio en peso del polímero aniónico Turbidez Escurrido / [s] Ángulo de contacto (10 s / [grados]
blanco*
Ninguno 125 5,4 por debajo de 30
1
8.0002 78 5,05 91
2
20.0002 75 4,95 94
3
35.0001 56 4,89 92,7
4
75.0001 50 4,03 88
5
100.0001 47 3,82 85
6
780.0001 30 3,17 69,2
1: Sulfonato de poliestireno según la invención, 2: Sulfonato de naftaleno no según la invención. * Sin adición de poliacrilamida catiónica o compuesto aniónico, las condiciones fueron las mismas que para las pruebas 1 a 6.
20 Las pruebas 3 a 5 son según la presente invención, es decir, el polímero de adición de vinilo aniónico con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 100.000. Como se puede ver en la tabla III, la eficiencia de encolado se incrementa significativamente, mientras que al mismo tiempo, la turbidez y el rendimiento del escurrido son altos con respecto a las pruebas 3 a 5 en comparación con el blanco. Además, al comparar la prueba 6 con las pruebas 3 a 5 (las tres últimas según la invención), la eficiencia de
25 encolado es mucho mayor, mientras que simultáneamente el valor de turbidez todavía indica una buena retención. Es más, un ángulo de contacto de 69,2 como el obtenido en la prueba 6 no es un grado de encolado aceptable. Así, el rendimiento global de las pruebas 3 a 5 con respecto a la retención, el escurrido y no menos al encolado superan claramente a las pruebas 1, 2 y 6.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un proceso para la fabricación de papel y cartón que comprende proporcionar una suspensión que comprende fibras celulósicas y al menos un agente de encolado seleccionado del grupo que consiste en dímeros de cetonas y anhídridos de ácidos, escurrir dicha suspensión formando de este modo una banda continua de papel, caracterizado por que a la suspensión se añade un polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos, y un polímero de adición de vinilo aniónico con un peso molecular promedio en peso en el intervalo de desde aproximadamente
  2. 6.000 hasta aproximadamente 100.000.
  3. 2.
    A Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que el polímero aniónico tiene un peso molecular promedio en peso en el intervalo de aproximadamente 6.000 hasta aproximadamente 80.000.
  4. 3.
    Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que el polímero de adición de vinilo aniónico comprende monómeros aromáticos.
  5. 4.
    Un proceso según la reivindicación 3, caracterizado por que los monómeros aromáticos tienen al menos un grupo sulfonato.
  6. 5.
    Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el polímero de adición de vinilo aniónico es sulfonato de poliestireno.
  7. 6.
    Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que el polímero aniónico se añade a la suspensión en una cantidad de aproximadamente 0,005 % en peso hasta aproximadamente 1,0 % en peso basado en pasta seca.
  8. 7.
    A Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que el polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos tiene un peso molecular promedio en peso de al menos aproximadamente 500.000.
  9. 8.
    Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que el polímero de adición de vinilo catiónico se prepara a partir de una mezcla de reacción que comprende de aproximadamente 1 hasta 99 % en moles de un monómero catiónico con un grupo aromático.
  10. 9.
    Un proceso según la reivindicación 8, caracterizado por que el monómero catiónico con un grupo aromático está representado por la fórmula (I)
    imagen1
    en donde R1 es H o CH3; R2 y R3 son independientemente uno del otro un hidrógeno o un grupo alquilo que tiene de 1 a 3 átomos de carbono; A1 es O o NH; B1 es un grupo alquileno que tiene de 2 a 8 átomos de carbono; Q es un sustituyente que contiene un grupo aromático; y X- es un contraión aniónico.
  11. 10.
    Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que el polímero de adición de vinilo catiónico que contiene aromáticos se añade en una cantidad de desde aproximadamente 0,002 % en peso hasta aproximadamente 1,0 % en peso basado en pasta seca.
  12. 11.
    A Un proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que la suspensión que comprende fibras celulósicas tiene una conductividad de al menos aproximadamente 1,0 mS/cm.
    8
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