ES2561103T3 - Composición polimérica acuosa para recubrimiento de papel - Google Patents

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Abstract

Composición polimérica acuosa que comprende: A) un polímero hidrófilo soluble en agua con un contenido de poli(óxido de etileno) superior a 50% en peso; B) un espesante poliacrílico obtenido por polimerización de: a) de 0,1 a 20% en peso de un monómero monoetilénicamente insaturado que contiene un grupo de ácido sulfónico o una sal del mismo; b) de 20 a 70% en peso de un éster del ácido (met)acrílico; c) de 20 a 50% en peso de un monómero monoetilénicamente insaturado que contiene uno o más grupos carboxílicos; d) de 0 a 3% en peso de un monómero polietilénicamente insaturado; e) de 0 a 15% en peso de un monómero asociativo acrílico no iónico, en el que la relación en peso entre el polímero hidrofílico soluble en agua A) y el espesante poliacrílico B) es de 60/40 a 90/10 y la suma de los polímeros A) y B) representa de 10 a 40% en peso de la propia composición.

Description

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DESCRIPCION
Composicion polimerica acuosa para recubrimiento de papel
CAMPO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a composiciones de poUmero acuosas que comprenden un poUmero hidrofilo soluble en agua con un poli (oxido de etileno) con un contenido superior a 50% en peso y un espesante poliacnlico que comprende grupos acido sulfonico. La presente invencion se refiere ademas a composiciones para el recubrimiento de papel que contienen las composiciones acuosas de polfmeros anteriormente descritos como defloculantes, modificadores de reologfa y agentes de retencion de agua.
ESTADO DE LA TECNICA
Los poUmeros hidrofflicos que contienen cadenas de poli(oxido de etileno), por ejemplo unidades que se repiten de - (CH2-CH2O), son conocidos en la tecnica y se han descrito ampliamente en la literatura de patentes.
El documento de patente europea EP60430 describe un procedimiento para la fabricacion de un poliuretano que tiene cadenas laterales de poli (oxido de alquileno), caracterizado porque el poli (oxido de alquileno) utilizado como producto de partida de alcohol tiene al menos dos grupos libres de hidroxi separados por no mas de tres atomos de carbono que reaccionan con diisocianatos. Los poliuretanos resultantes pueden usarse para estabilizar o desestabilizar espumas, emulsiones y dispersiones. Tambien se pueden usar con pigmentos y rellenos.
El documento de patente WO 03/046038 describe una amplia familia de dispersantes de poliuretano que comprenden de 35 a 90% en peso de poli (oxido de alquileno-C2-4) basado en el peso total del polfmero de poliuretano, en el que no menos del 60% en peso del poli(oxido de alquileno-C2-4) es poli (oxido de etileno) y al menos un 5% del poli (oxido de alquileno-C2-4) se incorpora en las cadenas laterales.
Tambien se conoce el uso de polfmeros solubles en agua que contienen poli (oxido de etileno) en composiciones de recubrimiento de papel, como agentes de retencion de agua y potenciadores del brillo.
Como ejemplo, los documentos WO 2010/106022 y WO 2010/106023 describen peines de poliuretanos solubles en agua que comprenden una cadena principal (backbone) que contiene vrnculos de uretano y urea con multiples puntos de ramificacion trifuncionales (puntos de ramificacion) desde donde cada uno de ellos emanan cadenas laterales de poli (oxido de etileno), en donde los peines de poliuretano se caracterizan por contener cadenas laterales de poli (oxido de etileno) que tienen un peso molecular superior a 500, preferiblemente de 2.000 a 20.000 y contenido de oxido de etileno de 80 hasta 99,9% en peso. Se dice que son adecuados como aditivos de
recubrimiento de papel, como agentes de retencion de agua y potenciadores de brillo en composiciones para
recubrimiento de papel,
Los documentos WO 01/96007, WO 2004/044022, WO 2004/041883 y WO 2007/069037 describen el uso de
copolfmeros anionicos en poliacnlicos en la industria del papel, para la fabricacion o recubrimiento de papel; los
copolfmeros anionicos poliacnlicos contienen al menos un monomero etilenicamente insaturado anionico que tiene funcionalidad monocarboxflica y al menos un monomero no ionico etilenicamente insaturado que tiene funcionalidades de poli(oxido de alquileno-C2-4). Se dice que son utiles en el recubrimiento de papel como agentes dispersantes, como agentes para mejorar la activacion del abrillantamiento optico, como agentes de retencion de agua y como potenciadores de la viscosidad y del brillo.
A pesar de las distintas funciones diferentes que los polfmeros anteriores realizan en las composiciones para el revestimiento del papel, no muestran suficiente poder de espesamiento y la preparacion de recubrimientos de papel por lo general requiere la adicion de modificadores de la reologfa (espesantes) para modular oportunamente su viscosidad. Los espesantes utiles normal son carboximetilcelulosa, hidroxipropil guar, hidroxipropilmetilcelulosa, xantana, polfmeros ASE (polfmeros de "emulsiones de alcali hinchables") o polfmeros HASE (por sus siglas en ingles de "Hydrophobically modified Alkali Swellable Emulsion polymers” o polfmeros de "emulsiones de alcali hinchables hidrofobamente modificadas").
En este campo sena ventajoso tener formulaciones estables de aditivos de revestimiento de papel y modificadores de la reologfa que podnan combinar en un solo producto la mayona de las funciones que son necesarias para preparar composiciones de recubrimiento de papel. Desafortunadamente las interacciones entre varios modificadores de la reologfa y los polfmeros de recubrimiento de papel hidrofilos mencionados anteriormente a
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menudo comprometen la estabilidad de la mezcla y/o su rendimiento.
De acuerdo con el documento US 2010/0184897 se reivindica una formulacion acuosa que contiene un peine de un polfmero de polietoxilado hidrofilo de acido (met)acnlico y un espesante acnlico generico para ser estable y mantener las propiedades de los componentes tanto si el peine del polfmero se neutraliza parcialmente, de tal manera que el pH de dicha formulacion sea de entre 5,5 y 6,8. Esta formulacion acuosa puede utilizarse provechosamente como aditivo para composiciones de revestimiento de papel.
El procedimiento de US 2010/0184897 presenta el inconveniente de que requiere una etapa de neutralizacion y como es bien conocido por un experto en la materia, la neutralizacion de un polfmero en emulsion es una tarea cntica, especialmente a escala industrial, y debe cumplirse con mucho cuidado, ya que puede conducir a la coagulacion del polfmero en la emulsion, a la formacion de partfculas de gel o emulsiones con estabilidad a corto plazo. Ademas consume mucho tiempo.
Ahora hemos encontrado que una composicion polimerica acuosa que comprende un polfmero hidrofflico soluble en agua con un poli(oxido de etileno) con un contenido superior a 50% en peso y un espesante poliacnlico espedfico obtenido por polimerizacion de una mezcla de monomeros que contienen un monomero insaturado que contiene un grupo acido sulfonico es estable en un amplio intervalo de pH y no requiere ninguna correccion del pH. La composicion del polfmero de la invencion muestra una alta estabilidad en presencia de electrolitos, espesantes y tiene buenas propiedades de retencion de agua y al mismo tiempo, actua como potenciador de brillo para las composiciones de recubrimiento de papel; los revestimientos de papel preparados utilizando las composiciones acuosas de polfmeros anteriormente descritos tienen buena estabilidad y sirven para una buena estampacion o impresion y tienen un excelente brillo en el revestimiento de papel.
RESUMEN DE LA INVENCION
Es por tanto, objeto de la presente invencion, una composicion polimerica acuosa que comprende:
A) un polfmero hidrofilo soluble en agua con un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 50% en peso;
B) un espesante poliacnlico obtenido por la polimerizacion de:
a) de 0,1 a 20% en peso, preferiblemente de 1 a 10% en peso, de un monomero monoetilenicamente insaturado que contiene un grupo acido sulfonico o una sal del mismo;
b) de 20 a 70% en peso, preferiblemente de 40 a 70% en peso, de un ester de acido (met)acnlico;
c) de 20 a 50% en peso, preferiblemente de 30 a 45% en peso, de un monomero monoetilenicamente insaturado que contiene uno o mas grupos de acido carboxflico;
d) de 0 a 3% en peso, preferiblemente de 0 a 1% en peso, de un monomero polietilenicamente insaturado;
e) de 0 a 15% en peso de un monomero asociativo acnlico no ionico;
en el que la relacion en peso entre el polfmero hidrofilo soluble en agua A) y el espesante poliacnlico B) es de 60/40 a 90/10 y la suma de los polfmeros A) y B) representa de 10 a 40% en peso, preferiblemente de 10 a 25% en peso, de la composicion en sn
Otro objeto de la invencion son composiciones para el revestimiento de papel que comprenden: a) de 30 a 80% en peso de un pigmento inorganico; b) de 0,05 a 5,0 partes en peso por cada 100 partes en peso del pigmento del polfmero de la composicion acuosa descrita anteriormente; c) al menos 15% en peso de agua.
DESCRIPCION DETALLADA
En la composicion polimerica acuosa de la invencion, preferiblemente, la relacion en peso entre los polfmeros A) y B) es de 80/20 a 90/10.
El polfmero hidrofilo soluble en agua tiene preferiblemente un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 80% en peso.
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Puede ser cualquier poKmero hidrofflico soluble en agua comunmente utilizado en el sector y bien conocido por un experto en la materia, por ejemplo, los descritos en la literatura mencionada anteriormente. Se puede por tanto tener en ambos una estructura principal (backbone) de un poliuretano o un poliacnlico o un polieter.
En una realizacion preferente, el polfmero hidrofilo de la invencion tiene una cadena principal de poliuretano y es un peine de poliuretano no ionico que comprende una cadena principal que contiene vrnculos de uretano y urea con puntos de ramificacion desde donde emanan cadenas laterales de un poli(oxido de etileno) lineal, los peines de poliuretanos se caracterizan por el hecho de que las cadenas laterales de los poli(oxidos de etileno) tienen un peso molecular superior a 500 y un contenido de poli(oxido de etileno) de 80 a 99,9% en peso. Estos poliuretanos se describen en detalle en el documento WO 2010/106022 y WO 2010/106023.
En otra realizacion dicho polfmero hidrofilo tiene una estructura principal de poliuretano y es un peine de poliuretano no ionico soluble en agua que comprende una cadena principal que contiene vrnculos de uretano y urea con puntos de ramificacion desde donde emanan cadenas laterales de poli(oxido de alquileno) lineal que tienen cada uno un peso molecular mas alto que 500, peine del poliuretano se caracteriza por tener un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 60% en peso y un contenido de poli(oxido de polipropileno) de 5 a 30% en peso. Mas detalles acerca de sus caractensticas y de la preparacion de estos peines de poliuretanos se pueden encontrar en la solicitud de patente italiana IT2010VA000068.
En una realizacion adicional, el polfmero hidrofilo soluble en agua tiene una estructura principal de polieter y es un polieter que tiene un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 60% en peso que se obtiene por reaccion de:
a) 1 equivalente de un poliol que es el producto de reaccion de 1 equivalente de un alcohol monofuncional que contiene una cadena de polioxietileno -(CH2CH2O)n- en la que n es un numero comprendido entre 15 y 500, y 1 equivalente de un diglicidil-eter de la formula (I):
(I)
en la que R1 es el radical (i):
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en la que R2 y R3 son cada uno independientemente metilo, etilo o hidrogeno; o R1 es fenileno, opcionalmente sustituido con uno o mas grupos de alquilo; o R1 es bifenileno, opcionalmente sustituido con uno o mas grupos de alquilo; o R1 es el radical (ii):
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o R1 es un radical alquileno alifatico ramificado que contiene de 2 a 6 atomos de carbono lineal o; b) de 0,4 a 1,3
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equivalentes de un diglicidil-eter de la formula (I); c) de 0 a 1 equivalente de un alcohol monofuncional. Estos polieteres se describen en detalle en la solicitud de patente italiana IT2010VA000066.
En todavfa otra realizacion, el poKmero hidrofilo soluble en agua tiene una estructura principal (backbone) poliacnlica que es un copolfmero anionico acnlico, tal como los descritos en el documento WO 01/96007, WO 2004/044022, WO 2004/041883, WO 2007/069037 y US 2010/0184897.
El polfmero hidrofilo soluble en agua mas preferido con un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 50% en peso es el polieter que se describe en el documento IT2010VA000066 y, en particular, el polieter obtenido por reaccion de 1 equivalente de poliol a) con de 0,4 a 0,9 equivalentes de diglicidil eter b) de la formula (I) en el que R1 es el radical (i) en donde R2 y R3 son grupos de metilo, con 0 equivalentes de alcohol monofuncional c).
El monomero monoetilenicamente insaturado que contiene un grupo acido sulfonico o sal del mismo (por ejemplo, una sal de metalica alcalina o una sal de amonio) util para la preparacion del espesante poliacnlico incluye, entre otros, acidos hidrocarbonados sulfonicos de alquilo, tales como el acido vinilsulfonico, acido alilsulfonico y acido metalilosulfonico y sales de los mismos; acidos sulfonicos aromaticos de hidrocarburos, tales como acido p- estirenosulfonico, acido isopropenilo bencenosulfonico, acido 2- chforostyrenesulfonic y acido isopropenilo bencenosulfonico, acido 2-cloroestireno sulfonico y acido bencenosulfonico viniloxi, y sales de los mismos; esteres de sulfoalquil de acido acnlico y de acido metacnlico, como sulfoetil (met)acrilato y sulfopropil (met)acrilato, y sus sales y amidas de acido sulfoalquilo y de acido acnlico y de acido metacnlico como acido 2-acrilamido-2- metilpropanosulfonico (AMPS) y sales de los mismos. El monomero mas preferido que contiene un grupo acido sulfonico para su uso en la invencion es acido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfonico o una de sus sales.
Ademas del monomero insaturado que contiene un grupo de acido sulfonico, el espesante poliacnlico de la divulgacion se obtiene por co-polimerizacion de monomeros insaturados monoetilenicamente que contienen uno o mas grupos carboxflicos, uno o mas esteres (met)acnlicos, y, opcionalmente, uno o mas monomero polietilenicamente insaturados y/o uno o mas monomeros no ionicos asociativos acnlicos.
Una gran proporcion de monomeros monoetilenicamente insaturados contienen uno o mas grupos carboxflicos son esenciales para proporcionar una estructura polimerica que solubles en agua para proporcionar altos rendimientos de espesamiento cuando se hace reaccionar con un alcali, como el hidroxido de sodio. El acido acnlico, acido metacnlico, acido itaconico, acido crotonico, acido fumarico, acido citraconico, acido mesaconico, acido maleico y mezclas de los mismos son ejemplos de monomeros monoetilenicamente insaturados que contienen uno o mas grupos de acido carboxflico que son utiles para la preparacion de los poliacrilatos de la presente descripcion. Tambien los monoesteres de acidos dicarboxflicos insaturados, tales como el maleato de monoetilo o maleato de monobutilo, pueden ser utilizados. El acido metacnlico es el monoetilenicamente insaturado, el monomero preferido que contiene un grupo carboxflico.
Esteres de acido (met)acnlico utiles son C1-C40 ester alqrnlico de acido (met)acnlico, tales como metilo, etilo, n- propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, 2-etilhexilo, octilo, laurilo (metacrilato y mezclas de los mismos. Preferiblemente, el ester de acido (met)acnlico es acrilato de etilo.
El monomero polietilenicamente insaturado puede ser de cualquiera de los derivados polifuncionales conocidos que se someten a la polimerizacion por radicales con monomeros (met)acnlicos. Entre los monomeros utiles polietilenicamente insaturados citamos el maleato de dialilo, metacrilato de alilo, ftalato de dialilo, N-metilen-bis acrilamida, poliacrilatos de eter de pentaeritritol, cianurato de trialilo.
El monomero asociativo acnlico no ionico se puede seleccionar entre esteres de acido (met)acnlico de alquilo C8-C30, arilo alquilo o monoeter polidclico de hidrocarbilo de un polietilenglicol que tiene de 2 a hasta 70 unidades de oxietileno, preferiblemente tiene de 6 a 40 unidades de oxietileno, estos esteres tienen la formula general H2C= C(R)-CO-O(CH2CH2O)n-R', en donde R es H o CH3, siendo preferido este ultimo, n es al menos: 2, y preferiblemente tiene un valor medio de al menos 6, hasta de 40 a 60 o incluso hasta 70 o similar, y R' es un grupo hidrofobo, por ejemplo un grupo alquilo, arilo alquilo, o un grupo polidclico que tiene de 8 a 30 atomos de carbono, mas preferiblemente que tiene de 12 a 18 atomos de carbono.
Tambien es posible incluir cantidades adicionales, menores de uno o mas monomeros monoetilenicamente insaturados diferentes de los mencionados anteriormente en la preparacion del espesante policacnlico de acuerdo con la presente invencion. Estos otros monomeros monoetilenicamente insaturados pueden ser diferentes monomeros no ionicos acnlicos, un derivado de estireno, un compuesto de vinilo, cualquier mezcla de los mismos o cualquier otro compuesto insaturado monoetilenicamente adecuados. Ejemplos de tales compuestos incluyen acrilonitrilo, metacrilonitrilo, acrilamida, metacrilalamida, acrilamida N-metilo, acrilato de 2-hidroxietilo, metacrilato 2- hidroxietil, estireno, alfa-metil estireno, 3-metilo estireno, 4-metil estireno, estireno de t-butilo, acetato de vinilo u otros esteres de vinilo y cloruro de vinilo. Sin embargo, estos monomeros se deben usar solo en cantidades menores, generalmente inferiores a 20 y preferiblemente inferiores a 10% en peso de la suma de los monomeros.
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El espesante poliacnlico de acuerdo con la presente invencion se puede preparar mediante procesos de polimerizacion que son generalmente conocidos en la tecnica, y particularmente por los procesos de polimerizacion en emulsion o dispersion, por ejemplo como se describe en los documentos US 4,325,856, US 4,654,397 y US 4,814,373. Estos procesos pueden ser modificados segun sea necesario para polimerizar los monomeros descritos anteriormente basados en principios generalmente conocidos.
El proceso de polimerizacion que se prefiere para la preparacion del espesante poliacnlico B) es la polimerizacion en emulsion.
En la preparacion de los espesantes poliacnlicos, tensioactivos comunmente usados en la polimerizacion en emulsion se pueden emplear, tales como tensioactivos anionicos y/o emulsionantes no ionicos, por ejemplo, sulfatos alcalinos metalicos o sulfatos alcalinos de amonio, acidos sulfonicos de alquilo, acidos grasos, y alquil fenoles etoxilados. La cantidad de tensioactivo usado es normalmente de 0,1% a 6% en peso, basado en el peso total de los monomeros. Se pueden utilizar procesos de iniciacion termicos o redox. Pueden usarse iniciadores de radicales libres convencionales tales como, por ejemplo, peroxido de hidrogeno, hidroperoxido de t-butilo, hidroperoxido de t- amilo, persulfatos alcalinos o de amonio, y azo iniciadores tales como acido 4,4'-azobis(4-cianopentanoico), y 2,2'- azobisisobutironitrilo ("AIBN"), tfpicamente a un nivel de 0,01 a 3,0% en peso, basado en el peso de monomero total. Sistemas redox utilizando los mismos iniciadores acoplados con un reductor adecuado tal como, por ejemplo, hidroximetanosulfinato de sodio, hidrosulfito de sodio, acido isoascorbico, sulfato de hidroxilamina y bisulfito de sodio se pueden usar en niveles similares, opcionalmente en combinacion con iones metalicos tales como, por ejemplo, hierro y el cobre, que incluye ademas opcionalmente agentes complejos para el metal.
Se pueden utilizar agentes de transferencia de cadena tales como los mercaptanos para reducir el peso molecular de los polfmeros.
Se puede anadir la mezcla de monomeros en el reactor puro o como una emulsion en agua. La mezcla de monomeros se puede anadir en una sola adicion o en multiples adiciones o de forma continua durante el penodo de reaccion usando una composicion uniforme o variable. El proceso de polimerizacion en emulsion puede utilizar un polfmero de emulsion de siembra preformada tal como, por ejemplo, mediante la adicion de aproximadamente 5% (basado en el monomero total) de la mezcla de monomeros en el reactor y hacerlo reaccionar previamente. Las tecnicas para reducir los monomeros residuales, tales como, por ejemplo, someter la mezcla de reaccion a separacion por vapor, tiempos de espera y fuentes de radicales adicionales pueden ser empleados. Un intervalo de temperatura tfpico para la reaccion de polimerizacion, es de aproximadamente 20°C a aproximadamente 110°C con aproximadamente 50°C a aproximadamente 90°C preferiblemente.
El metodo preferido es para producir los espesantes poliacnlicos B) en un proceso de polimerizacion de adicion de emulsion de monomero continuo (tambien conocido como semicontinuo). En este caso, los ingredientes se dosifican en el reactor de tal manera que la velocidad de adicion de monomero controla la velocidad de polimerizacion. Bajo estas condiciones, los monomeros se consumen tan rapido como entran en el reactor eliminando asf la acumulacion de monomero y la composicion de la deriva y el polfmero formado tiene la misma composicion que lo que se introduce,
En un metodo preferido adicional durante la adicion continua del monomero una solucion de una sal bicarbonato, tal como bicarbonato sodico, se dosifica en el reactor en una cantidad tal para mantener el pH de la masa de reaccion en el rango de 4,0 a 5,5.
El espesante poliacnlico, cuando se disuelve en agua en una concentracion de 1% en peso de materia seca y a pH 9,0, tiene una viscosidad Brookfield® (20 rpm y 20°C) de al menos 200 mPa*s.
La composicion polimerica acuosa de la invencion se puede preparar simplemente mezclando la solucion del polfmero hidrofilo soluble en agua con un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 50% en peso con la emulsion o dispersion del espesante poliacnlico. Esta operacion no requiere ninguna correccion del pH u optimizacion.
La composicion polimerica acuosa tiene una viscosidad Brookfield®, medida a 25°C y 100 rpm, que va desde 50 a 1000 mPa*s, preferiblemente de 50 a 500 mPa*s y un pH comprendido entre 2,5 y 7.
Las composiciones para recubrimiento de papel de la invencion comprenden a) de 30 a 80% en peso de pigmento inorganico; b) de 0,05 a 5,0 partes en peso cada 100 partes en peso de pigmento de la composicion acuosa de polfmero descrita anteriormente; c) al menos 15% en peso de agua, y tienen viscosidad Brookfield® a 25°C y 100 rpm de al menos de 3,200 mPa*s, preferiblemente de 500 a 2,500 mPa*s.
Como la composicion polimerica de la invencion no actua per-se como dispersante de pigmento, las composiciones de recubrimiento de papel segun la presente invencion tambien pueden comprender de 0,01 a 3% en peso de un agente dispersante. Por lo general, este dispersante es un derivado de poliacrilato no reticulado anionico, tal como poliacrilato de sodio, que tiene un peso molecular medio de 1.500 a 20.000, como se determina por GPC con
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estandar de acido poliacnlico.
Las composiciones de recubrimiento de papel de la invencion pueden comprender de 0,1 a 0,6% en peso de otro espesante usado comunmente en el sector. Tfpicos modificadores utiles de reologfa son carboximetil celulosa, hidroxipropil guar, hidroxipropilmetilcelulosa, xantano, alginatos de sodio, etc.
Los pigmentos inorganicos de las composiciones de revestimiento de papel que, preferiblemente tienen de 40 a 90% de las partfculas mas finas que 2 micrometros, son los que normalmente se emplean en el revestimiento de papel y en particular, son caolm, carbonato de calcio, talco, dioxido de titanio, sulfato de bario, yeso o mezclas de los mismos. Agentes, que son ingredientes comunes de composiciones de recubrimiento de papel, generalmente no son capaces de evitar la floculacion de las partfculas mas finas, especialmente cuando se aplica la composicion para el recubrimiento de papel sobre una lamina hoja de papel, es decir, bajo condiciones de alto estres de dispersion, y la floculacion de partfculas es perjudicial para la suavidad y el brillo del papel revestido resultante. Por el contrario las composiciones polimericas acuosas de la invencion son particularmente eficaces como desfloculantes, evitando la formacion de racimos de partfculas finas, que pueden tender a sedimentar.
Las composiciones de recubrimiento de papel de la invencion tambien comprenden normalmente de 1 a 15% en peso de un aglutinante, preferiblemente un aglutinante acnlico polimerico. Entre los ligantes acnlicos polimericos preferidos para la realizacion de la invencion podemos citar los polfmeros de acnlico o esteres de acido metacnlico, los copolfmeros de monomeros de ester acnlico con acetato de vinilo, estireno, butadieno o mezcla de los mismos.
Otros aditivos convencionales, tales como agentes antiespumantes, biocidas, abrillantadores opticos, pueden estar presentes en las composiciones de revestimiento de papel.
En comparacion con composiciones de revestimiento de papel preparadas a partir de los aditivos de revestimiento polimericos conocidos, los que contienen la composicion de polfmero de acuerdo con la presente invencion son sorprendentemente estables en su forma de dispersion, tienen propiedades de retencion de agua optimas, se adhieren bien a los sustratos y dan lugar a recubrimientos con un brillo mejorado. En areas de revestimiento de papel y similares, las anteriores son obviamente combinaciones de propiedades altamente ventajosas y que no se obtienen a partir de composiciones disponibles actualmente. Ademas, estas propiedades del recubrimiento son muy ventajosas en vista de los tratamientos que recibe el papel recubierto en los procesos de impresion offset y otros.
Otra caractenstica ventajosa de las composiciones polimericas acuosas de la invencion es el hecho de que actuan como buferes o tampones de reologfa y de retencion de agua sobre diferentes lotes de composiciones para revestimiento de papel industrial que tienen una misma receta; esto significa que, en el proceso de recubrimiento industrial, las desviaciones usuales de las cantidades teoricas de ingredientes de revestimiento no afectan a las caractensticas de reologfa y de retencion de agua.
EJEMPLOS
Preparacion de un espesante poliacnlico
Una mezcla de monomero acuosa se preparo combinando 7,7 g de una solucion al 30% de lauril sulfato de sodio, 183,4 g de acrilato de etilo, 117,0 g de acido metacnlico, 18,3 g de AMPS y 349,3 gramos de agua. La mezcla se agito vigorosamente para proporcionar una emulsion blanca uniforme.
Se transfirieron 248,7 gramos de agua y 7,7 g de una solucion al 30% de lauril sulfato de sodio a un recipiente de reaccion de vidrio equipado con un agitador mecanico, con un cobertor termico, termometro, condensador y embudo de goteo.
El contenido del reactor se calento con agitacion a 80°C y se anadieron 30 g de emulsion de monomeros junto con 0,05 g de persulfato de amonio disuelto en 2,47 g de agua. Despues de 10 minutos la emulsion de monomeros y 0,5 g de persulfato de amonio se disolvieron en 60 g de agua y se midieron en el reactor en 120 min.
Al final de la adicion la temperatura se mantuvo a aproximadamente 80°C durante 30 minutos. La emulsion de polfmero obtenido se enfrio luego a 65°C y los monomeros residuales se eliminaron, con tres adiciones con un intervalo de tiempo de 15 minutos de 0,5 g de H2O2 y una solucion de acido ascorbico de 0,3 g en 1,0 g de agua. El espesante poliacnlico (AT1) tiene un 29,0% en peso de contenido de materia seca y un pH de 3,0. Una solucion de 1,0% (materia seca) de los mismos, se llevo a un pH de 9,0 con NaOH, lo que proporciona una viscosidad de 860 mPa*s a 25°C y 20 rpm.
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Preparacion de un polmero hidrofilico de polieter soluble en agua
Se transfirieron 400,0 g (0,08 mol) de butoxi-(polietilenglicol) con peso molecular medio de 5.000 g/mol en un recipiente de reaccion equipado con termometro interno, agitador y condensador y se calento a 115°C. Posteriormente se anadieron 1,75 g de 40% de KOH y 15,2 g (0,04 mol) de D.E.R. 33l (resina epoxi de Dow Chemical Co.).
La temperature de reaccion se mantuvo durante 2 horas hasta la desaparicion de los grupos epoxido.
A continuacion se anadieron 12,2 g (0,032 mol) de D.E.R. 331 y la temperatura de reaccion se mantuvo durante otras 3 horas hasta la desaparicion de los grupos epoxido.
Se disolvieron 200,0 g del producto de reaccion con agitacion en 600,0 g de agua. El producto obtenido (PE1) tiene un contenido de materia seca de 26,34% en peso, viscosidad de 74 mPa*s (medida con un viscosfmetro Brookfield® a 20 rpm y 25°C) y un pH de 12,4.
Preparacion de un poHmero hidrofWco de poliuretano soluble en agua
Se preparo un peine de poliuretano siguiendo el procedimiento del ejemplo 4 del documento WO 2010/106022.
El producto obtenido (PU1) tiene un contenido de materia seca de 25,2% en peso, una viscosidad de 215 mPa*s (medida con un viscosfmetro Brookfield® a 20 rpm y 25°C) y un pH de 7,4,
Ejemplos 1-6
Las composiciones polimericas acuosas de la invencion, ejemplos 2-5, que contienen el espesante la poliacnlico AT1, se compararon con la composicion comparativa del ejemplo 1, preparado con un pH por debajo de 5,5 con un espesante del copolfmero de acido conocido en la tecnica (Viscolam GP 37, un acido de acrilato / metacnlico de etilo comercializados por Lamberti S.p A.) y con la composicion comparativa del ejemplo 6, que contiene tambien Viscolam GP 37 y preparado de acuerdo con el procedimiento de del documento US 2010/0184897.
Las composiciones polimerica acuosas se prepararon anadiendo, bajo una agitacion vigorosa con un agitador de varilla mecanica, los espesantes poliacnlicos a cada uno de los polfmeros hidrofilos solubles en agua PE1, PU1 y Rheocarb® 100 (un peine de polfmero acnlico comercializado por Coatex SA).
Las composiciones se diluyeron con agua para llevar el contenido de materia seca a un 25% en peso.
No se realizaron correcciones del pH en las composiciones de los ejemplos 1-5, el pH de la composicion del ejemplo 6 se corrigio con NaOH.
La cantidad en gramos de cada componente de las composiciones son presentan en la Tabla 1.
Las composiciones acuosas de polfmeros se caracterizaron al realizar las siguientes medidas:
• pH;
• Viscosidad Brookfield® (mPa*s), 100 rpm y 25°C, inmediatamente despues de la preparacion (viscosidad);
• Viscosidad Brookfield® (mPa*s), 100 rpm y 25°C, despues de 2 meses desde la preparacion (viscosidad de 2 meses);
• estabilidad despues de 24 horas desde la preparacion (estabilidad de 24 horas);
• estabilidad despues de 2 meses de preparacion (estabilidad de 2 meses).
Los resultados se presentan en la Tabla 2.
Tabla 1
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Ejemplo 1* Ejemplo 2 Ejemplo 3 Ejemplo 4 Ejemplo 5 Ejemplo 6*
PE1
170 170
PU1
170
RHEOCARB 100
170 170 170
AT1
25,9 24,0 25,9 26,5
VISCOLAM GP37
26,0 25,5
AGUA
4,1 4,1 4,1 5,5 3,2
* comparativo
Tabla 2
pH viscosidad estabilidad de 24 horas viscosidad de 2 meses estabilidad de 2 meses
Ejemplo 1*
4,6 127 Fase separacion - -
Ejemplo 2
4,3 120 Estable 150 Estable
Ejemplo 3
5,3 620 Estable 780 Estable
Ejemplo 4
5,4 240 Estable 320 Estable
Ejemplo 5
4,0 412 Estable 500 Estable
Ejemplo 6*
6,2 170 Estable 680 Estable
* comparativo
Las composiciones acuosas polimericas se consideran estables cuando no ocurre ninguna fase de separacion o precipitacion o gelificacion.
Ejemplos aplicativos
Se prepararon composiciones de revestimiento de papel basadas en un 100% de carbonato (Hydrocarb 90, 77% suspension en agua, a partir de Omya, CH) utilizando PU1, PE1 y las composiciones acuosas de polfmeros de los ejemplos 2-4 y 6.
Los componentes de las composiciones de revestimiento de papel se presentan en partes por peso de materia seca en la Tabla 3.
Las composiciones de recubrimiento de papel se han caracterizado por la realizacion de las siguientes medidas:
• pH;
• Viscosidad Brookfield®, 100 rpm y 25°C (viscosidad);
• Materia Seca, con un analizador de humedad IR (materia seca);
• Retencion de agua segun el metodo Tappi T710 (retencion de agua).
Los datos obtenidos se presentan en la Tabla 4.
Tabla 3
Componentes
Ejemplo 7* Ejemplo 8* Ejemplo 9* Ejemplo 10 Ejemplo 11 Ejemplo 12
HYDROCARB 90
100 100 100 100 100 100
LATEX1)
10 10 10 10 10 10
oba2)
1 1 1 1 1 1
PE1
0,4
PU1
0,4
Ejemplo 2
0,4
Ejemplo 3
0,4
Ejemplo 4
0,4
Ejemplo 6*
0,4
1) Aglutinante, DL 1065, Dow Chemical Co., US 2) Abrillantador optico, Tinopal ABP-Z, Basf, DE * comparativo
5
Tabla 4
Ejemplo 7* Ejemplo 8* Ejemplo 9* Ejemplo 10 Ejemplo 11 Ejemplo 12
materia seca (%)
71,95 71,92 71,90 71,92 71,93 71,88
pH
9,02 9,01 9,10 9,13 9,05 9,00
viscosidad (mPa*s)
1754 1234 1280 1988 2208 2012
retencion de agua (g/m2)
135 141 143 131 126 138
* comparativo
10
Las composiciones de recubrimiento de papel de la invencion muestran viscosidades mas altas en comparacion con la composicion que contiene solo PE1 o PU1 y una viscosidad comparable con la composicion de la tecnica anterior.
Las composiciones de revestimiento de papel se aplicaron 13 g/m2) sobre laminas para impresion offset o impresion 15 por rodillo (80 g/m2); las laminas se acondicionaron durante 24 horas a 21°C y 50% de humedad relativa y se programaron (temperatura de cilindros de 55°C, presion a 67,5 Kg/cm; 4 lmeas de contacto). El brillo y el lustre a 75° se midieron utilizando los metodos Tappi T452 y T480, respectivamente y los resultados se presentan en la Tabla 5.
Tabla 5
Ejemplos
° Brillo Lustre a 75°
EJEMPLO 7*
97,8 83,1
EJEMPLO 8*
97,7 84,1
EJEMPLO 9*
97,7 84,0
EJEMPLO 10
97,6 82,3
EJEMPLO 11
97,7 83,8
EJEMPLO 12
98,5 82,6
* comparativo
Los resultados presentados anteriormente confirman que las composiciones acuosas de poUmeros de la invencion 5 tienen buenas espesantes y de retencion de agua y propiedades al mismo tiempo, mantienen la actividad como potenciador de brillo para las composiciones de revestimiento de papel.

Claims (1)

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    REIVINDICACIONES
    1. Composicion polimerica acuosa que comprende:
    A) un poKmero hidrofilo soluble en agua con un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 50% en peso;
    B) un espesante poliacnlico obtenido por polimerizacion de:
    a) de 0,1 a 20% en peso de un monomero monoetilenicamente insaturado que contiene un grupo de acido sulfonico o una sal del mismo;
    b) de 20 a 70% en peso de un ester del acido (met)acnlico;
    c) de 20 a 50% en peso de un monomero monoetilenicamente insaturado que contiene uno o mas grupos carboxflicos;
    d) de 0 a 3% en peso de un monomero polietilenicamente insaturado;
    e) de 0 a 15% en peso de un monomero asociativo acnlico no ionico, en el que la relacion en peso entre el polfmero hidrofflico soluble en agua A) y el espesante poliacnlico B) es de 60/40 a 90/10 y la suma de los polfmeros A) y B) representa de 10 a 40% en peso de la propia composicion.
    2) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 1) en la que el espesante poliacnlico B) se obtiene por polimerizacion de:
    a) de 1 a 10% en peso de un monomero monoetilenicamente insaturado que contiene un grupo de acido sulfonico o una sal del mismo;
    b) de 40 a 70% en peso de un ester del acido (met)acnlico;
    c) de 30 a 45% en peso de un monomero monoetilenicamente insaturado que contiene uno o mas grupos carboxflicos;
    d) de 0 a 1% en peso de un monomero polietilenicamente insaturado;
    e) de 0 a 15% en peso de un monomero asociativo acnlico no ionico.
    3) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 1) en la que la relacion en peso entre el polfmero hidrofflico soluble en agua A) y el espesante poliacnlico B) es de 80/20 a 90/10.
    4) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 1) en la que el polfmero hidrofilo soluble en agua A) tiene un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 80% en peso.
    5) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 1) en la que el polfmero hidrofilo soluble en agua A) tiene una estructura principal o backbone poliacnlica o de poliuretano o de polieter.
    6) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 5) en la que el polfmero hidrofilo soluble en agua A) tiene una estructura principal de poliuretano y es un peine de poliuretano no ionico que comprende una cadena principal que contiene vrnculos de uretano y urea con puntos de ramificacion desde donde emanan cadenas laterales de un poli(oxido de etileno), el peine de poliuretano que se caracteriza por el hecho de que las cadenas laterales de los poli(oxidos de etileno) tienen un peso molecular superior a 500 y un contenido de poli(oxido de etileno) de 80 a 99,9% en peso.
    7) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 5) en la que el polfmero hidrofilo soluble en agua A) tiene una estructura principal de poliuretano y es un peine soluble en agua de poliuretano no ionico que comprende una cadena principal que contiene vrnculos de uretano y urea con puntos de ramificacion desde donde emana una cadena lateral lineal de poli(oxido de etileno) que tiene un peso molecular superior a 500, el peine de poliuretano se caracteriza por tener un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 60% en peso y por tener un contenido de poli(oxido de propileno) de 5 a 30% en peso.
    8) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 5) en la que el polfmero hidrofilo soluble en agua A) tiene una estructura principal de polieter y es un polieter que tiene un contenido de poli(oxido de etileno) superior a 60% en peso obtenido por reaccion de:
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    a) 1 equivalente de un poliol que es el producto de reaccion de 1 equivalente de un alcohol monofuncional que contiene una cadena de poli(oxido de etileno), -(CH2CH2O)n-, en la que n es un numero comprendido entre 15 y 500 y 1 equivalente de un diglicidil-eter de la formula (I):
    en la que R1 es el radical (i):
    imagen1
    imagen2
    en la que R2 y R3 son cada uno independientemente metilo, etilo o hidrogeno;
    o R1 es fenileno, opcionalmente sustituido con uno o mas grupos de alquilo; o R1 es bifenileno, opcionalmente sustituido con uno o mas del grupo de alquilo; o R1 es el radical (ii):
    imagen3
    o R1 es un radical alquileno alifatico lineal o ramificado que contiene de 2 a 6 atomos de carbono; b) de 0,4 a 1,3 equivalentes de un diglicidil-eter de la formula (I); c) de 0 a 1 equivalente de un alcohol monofuncional.
    9) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 8) en la que el polieter se obtiene haciendo reaccionar 1 equivalente de poliol a) con de 0,4 a 0,9 equivalentes de diglicidil eter b) de formula la (I) en la que R1 es el radical (i) en la que R2 y R3 son grupos metilo y con 0 equivalentes de alcohol monofuncional c).
    10) La composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 5) en donde el polfmero hidrofflico soluble en aguaes un copolfmero anionico acnlico.
    11) Composiciones para recubrimiento de papel que comprenden a) de 30 a 80% en peso de un pigmento inorganico; b) de 0,05 a 5,0 partes en peso por cada 100 partes en peso del pigmento de la composicion polimerica acuosa de la reivindicacion 1); c) al menos 15% en peso de agua.
    12) Las composiciones para recubrimiento de papel de la reivindicacion 10) en las que se elige el pigmento inorganico entre caolm, carbonato de calcio, talco, dioxido de titanio, sulfato de bario, yeso y mezclas de los mismos, y que tienen una viscosidad Brookfield® a 25°C y 100 rpm de menos de 3.200 mPa*s.
    13) Las composiciones para recubrimiento de papel de las reivindicaciones 10) u 11) que comprenden ademas de 0,01 a 3% en peso de un agente dispersante y de 1 a 15% en peso de un aglutinante.
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