ES2563205T3 - Agente resistente al agua y al aceite para papel y proceso de tratamiento de papel - Google Patents
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Abstract
Un agente, que es un agente resistente al agua y al aceite para papel, que comprende un copolímero que contiene flúor que comprende unidades de repetición derivadas de: (i) un monómero que contiene flúor (a) que tiene un grupo fluoroalquilo de la fórmula: CH2>=C(-X)-C(>=O)-Y-Z-Rf (1) donde X es H, alquilo C1-21 lineal o ramificado, F, Cl, Br, I, CFX1X2 (donde X1 y X2 son H, F, Cl, Br o I), ciano, fluoroalquilo-C1-21 lineal o ramificado, o un grupo bencilo o fenilo opcionalmente sustituido; Y es -O- o -NH-; Z es un grupo alifático-C1-10, un grupo aromático o cicloalifático C6-10, -CH2CH2N(R1)SO2- donde R1 es alquilo C1-4, -CH2CH(OZ1)CH2- donde Z1 es H o acetilo, -(CH2)m-SO2-(CH2)n- o -(CH2)m-S-(CH2)n- donde m es un número entero de 1-10 y n es un número entero de 0-10, y Rf es un fluoroalquilo-C1-6 lineal o ramificado; (ii) un monómero de vinilpirrolidona (b) de la fórmula:**Fórmula** donde cada R21-R26 es independientemente H o alquilo C1-4; (iii) un monómero (c) que tiene un grupo donador de aniones, y (iv) un monómero de (met)acrilato sin flúor (d) que es al menos uno de (met)acrilato de oxialquileno, di(met)acrilato de oxialquileno y un éster de (met)acrilato que tiene un grupo alquilo.
Description
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de sal. Por lo tanto, la cantidad de un disolvente volátil puede reducirse o eliminarse para dar finalmente un agente resistente al agua y al aceite medioambientalmente benigno para el papel.
La presente invención proporciona también un proceso de tratamiento de papel para que sea resistente al agua y al aceite, donde el proceso comprende una etapa de aplicar el agente resistente al agua y al aceite de la presente invención a todo el papel incluyendo las partes internas del papel. Este proceso de tratamiento se denominará en lo sucesivo en este documento como "proceso de aplicación interna". En este proceso, el agente resistente al agua y al aceite de la presente invención que comprende un copolímero que contiene flúor se aplica a una pasta en una etapa de fabricación de papel. Específicamente, es preferible aplicar el agente resistente al agua y al aceite en una cantidad tal que la relación de los átomos de flúor sea por ejemplo, de 0,1 a 1,0 % en peso, basado en el peso de la pasta.
La presente invención se refiere también a un proceso de tratamiento de papel para que sea resistente al agua y al aceite, donde el proceso comprende una etapa de aplicar el agente resistente al agua y al aceite de la presente invención a una superficie del papel. Este proceso de tratamiento se denomina en lo sucesivo en este documento "proceso de aplicación en superficie" (o "proceso de aplicación externa"). En este proceso, es preferible aplicar el agente resistente al agua y al aceite que comprende un copolímero que contiene flúor en una cantidad tal que la relación de los átomos de flúor sea por ejemplo de 0,005 a 0,6 % en peso, basado en el peso del papel.
El agente resistente al agua y al aceite para papel de la presente invención puede usarse en cualquiera del proceso de aplicación en superficie o el proceso de aplicación interna. El proceso de aplicación interna en el que el agente de tratamiento del papel se aplica a todas las partes del papel, incluyendo las partes internas, es preferible, puesto que el proceso de aplicación interna proporciona una buena compatibilidad con el agente resistente al agua y al aceite con la pasta y, de esta manera, el proceso puede suprimir la disminución de la resistencia al agua y al aceite por un arrugado o una ondulación del papel. Por otro lado, el proceso de aplicación en superficie tiene una amplia aplicabilidad, puesto que en el proceso de aplicación en superficie, (i) el agente resistente al agua y al aceite se aplica a un área cercana alrededor de la superficie del papel y, de esta manera, mejora eficazmente la resistencia al agua y al aceite alrededor de la superficie mediante el copolímero que contiene flúor, (ii) el proceso no necesita mucha agua en la etapa de tratamiento, reduciendo así la cantidad de agua residual y (iii) el proceso es sencillo.
La presente invención proporciona también una composición de tratamiento del papel que comprende el agente resistente al agua y al aceite de la presente invención. La composición de tratamiento del papel puede comprender, además del agente resistente al agua y al aceite para papel, un aditivo, por ejemplo un agente de encolado, un agente de reforzado del papel, un adyuvante de retención, un colorante, un colorante fluorescente, una carga, un agente de control de lodos, un agente antideslizante y un antiespumante.
La presente invención proporciona también un papel resistente al agua y al aceite tratado con el agente resistente al agua y al aceite de la presente invención.
La presente invención también proporciona un papel obtenido por el proceso de aplicación interna o el proceso de aplicación en superficie.
La producción del copolímero que contiene flúor de la presente invención puede llevarse a cabo mediante los monómeros de polimerización (a), (b), (c) y (d) en un medio líquido. El medio líquido es preferentemente un disolvente soluble en agua o dispersable en agua. El medio líquido puede ser una mezcla que comprende el disolvente soluble en agua o dispersable en agua. El monómero y el medio líquido preferentemente están en forma de una solución, donde el monómero se disuelve o se dispersa en el medio líquido. La polimerización puede ser una polimerización en solución o una polimerización en emulsión, preferentemente una polimerización en solución en vista de la estabilidad de la reacción de polimerización.
En esta invención, el monómero (c) (un grupo donador de aniones) puede neutralizarse con una base (tal como una solución acuosa de una base inorgánica u orgánica) después de llevar a cabo la copolimerización; o la copolimerización puede llevarse a cabo usando el monómero (c) neutralizando con la base por adelantado. Cuando los monómeros se polimerizan después de que el monómero (c) se neutralice con la base por adelantado, la neutralización con una solución acuosa básica después de la copolimerización no es necesaria (o puede no llevarse a cabo).
Como las bases orgánicas o inorgánicas, se ejemplifican las siguientes:
hidróxido sódico, hidróxido potásico, amoniaco, trietilamina, tri-n-propilamina, tri-isopropilamina, tri-n-butilamina, tri-sec-butilamina, etanolamina, dietanolamina, trietanolamina, 2-amino-2-metil-1-propanol, 2-aminometil-1,3propanodiol, 2-amino-2-hidroximetil-1,3-propanodiol, bis (hidroximetil) metilaminometano, tris (hidroximetil) aminometano, lisina y arginina, etc. Entre estas bases, son preferibles hidróxido sódico, hidróxido potásico, amoniaco, trietilamina, dietanolamina y trietanolamina etc. desde el punto de vista de mejorar la estabilidad de la dispersión del copolímero que contiene flúor obtenido en agua o en medio acuoso.
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Si fuera necesario, la mezcla de polímeros después de la copolimerización puede diluirse añadiendo el medio líquido (por ejemplo agua o una solución acuosa que contiene bases orgánicas o inorgánicas).
Como ejemplos no limitantes de los disolventes orgánicos solubles en agua o dispersables en agua utilizados en copolimerización, se ejemplifican los siguientes: cetonas (por ejemplo acetona o metil etil cetona), alcoholes ( por ejemplo metanol, etanol e isopropanol), éteres (por ejemplo, éter metílico o etílico de etilenglicol o propilenglicol, éster de acetato de los mismos, tetrahidrofurano y dioxano), acetonitrilo, dimetilformamida, N-metil-2-pirrolidona, butil lactona y dimetilsulfóxido, etc. entre ellos, es preferible metil etil cetona (MEK), N-metil-2-pirrolidona (NMP), una mezcla de N-metil-2-pirrolidona y acetona, isopropanol o metanol como disolvente. La concentración de monómero total en la solución puede estar en el intervalo del 20 al 70 % en peso, preferentemente, de 40 al 60 % en peso.
La copolimerización puede llevarse a cabo usando al menos un iniciador en el intervalo de 0,1 -3,0 % en peso basado en el peso total de los monómeros. Pueden usarse los siguientes iniciadores: peróxidos tales como peróxido de benzoílo, peróxido de lauroílo, peróxido de succinilo y perpivalato de terc-butilo o compuestos azo tales como 2,2-azobis-isobutilonitrilo, ácido 4,4-azobis (4-cianopentanoico) y azodicarbonamida.
Puede usarse un agente de transferencia de cadena para controlar el peso molecular del copolímero. Como el agente de transferencia de cadena, se ejemplifican preferentemente alquilmercaptano (docecilmercaptano, laurilmercaptano, estearilmercaptano, etc.), aminoetanodiol, mercaptoetanol, ácido tioglicólico y ácido 2mercaptopropiónico etc. La cantidad del agente de transferencia de cadena solo puede estar en un intervalo de 0,001 a 5, por ejemplo de 0,01 a 5 partes en peso, preferentemente de 0,01 a 2 partes en peso, basado en 100 partes en peso de los monómeros totales en la copolimerización.
La copolimerización puede llevarse a cabo generalmente en el intervalo de 40 ºC al punto de ebullición de la mezcla de reacción.
La etapa de dilución puede llevarse a cabo añadiendo un medio líquido, por ejemplo agua o una solución acuosa de una base orgánica o inorgánica fuerte o moderada a la solución orgánica del copolímero que contiene flúor en un disolvente orgánico. Se ejemplifican las bases descritas anteriormente, tal como una base utilizable para la etapa de dilución. Entre ellas, se usa preferentemente hidróxido sódico o amoniaco. Es preferible que la cantidad de la solución acuosa y la concentración de la base sean suficientes, en primer, lugar para neutralizar el grupo ácido carboxílico o el grupo ácido sulfónico, y para obtener una dispersión acuosa estable. Para neutralizar el grupo ácido carboxílico y el grupo ácido sulfónico, es ventajoso usar la cantidad de base en el intervalo de 0,05 a 5 eq., preferentemente de 0,1 a 3 eq. basado en el monómero (c).
El contenido de sólido final de la solución de copolímero que contiene flúor después de la dilución puede tomar un amplio intervalo. Por ejemplo, puede seleccionarse un intervalo de 5 a 35 % en peso, preferentemente de 10 a 25 % en peso.
El papel al que se va a aplicar el agente resistente al agua y al aceite que comprende el copolímero que contiene flúor de la presente invención puede producirse por el método convencional de fabricación de papel. Pueden usarse ambos procesos: el proceso de aplicación interna, en el que agente de tratamiento se añade a la suspensión de pasta antes de la fabricación del papel, y el proceso de aplicación en superficie, donde el agente de tratamiento se aplica al papel después de la fabricación del papel.
En el caso de aplicar el agente resistente al agua y al aceite de la presente invención a todo el papel, incluyendo las partes internas del papel (el proceso de aplicación interna), es preferible usar el agente resistente al agua y al aceite en una cantidad tal que la relación en peso de los átomos de flúor esté en el intervalo de 0,01 a 1,0 % en peso, especialmente de 0,02 a 0,6 % en peso, basado en el peso de la pasta. Por otro lado, cuando el agente resistente al agua y al aceite se aplica a la superficie del papel (el proceso de aplicación en superficie), es preferible usar el agente resistente al agua y al aceite en una cantidad tal que la relación en peso de los átomos de flúor esté en el intervalo de 0,005 a 0,6 % en peso, por ejemplo, de 0,01 a 0,4 % en peso, basado en el peso del papel.
El sustrato de papel tratado de esta manera presenta una resistencia al agua y al aceite generalmente superior después del tratamiento con calor a temperatura ambiente o a una alta temperatura o, si fuera necesario, dependiendo de la naturaleza del sustrato de papel, un tratamiento con calor adicional que puede ser en un intervalo de temperatura mayor de 70 ºC o más.
El sustrato de papel tratado con el proceso de la presente invención se ejemplifica de la siguiente manera: un papel en bruto para pladur, un papel en bruto recubierto, un papel que contiene madera, un revestimiento general y acanalado, un rollo de papel blanco neutro, un revestimiento neutro, un revestimiento anticorrosión, un papel combinado con metal y un papel kraft, etc. Se ejemplifican adicionalmente los siguientes sustratos de papel: un papel neutro para impresión y escritura, un papel en bruto recubierto neutro, un papel neutro para PPC, un papel termosensible neutro, un papel sensible a la presión neutro, un papel neutro para chorro de tinta y un papel neutro para la industria de la información. Se ejemplifican otros papeles, tales como papel de moldeado formado por moldeo, especialmente un recipiente de papel moldeado. Un recipiente moldeado con pasta puede producirse por el
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El papel húmedo resultante se prensó entre hojas de papel de filtro a una presión de 3,5 kg/cm2 para absorber suficientemente el agua contenida en el papel húmedo. El papel húmedo se secó sobre un secador de tambor (115 ºC x 70 segundos) para obtener un papel resistente al agua y al aceite.
5 El gramaje del papel resultante era de 70 g/m2. La resistencia al agua (valor de Cobb) de esta hoja de papel manual era de 100 g/m2 o mayor, y la resistencia al aceite (valor de Kit) era de 7, y la resistencia al aceite (valor AGR) era del 100 % y la resistencia al aceite (valor RP-2) era del 100 %.
Ejemplos 2 y 3 (Evaluación en el proceso de aplicación interna)
10 Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que en el Ejemplo 1, excepto que se usaron las dispersiones acuosas (SD2 y SD3) que contenían el copolímero que contiene flúor en lugar de la dispersión acuosa (SD1) que contiene el copolímero que contiene flúor en el Ejemplo 1. Se evaluaron la resistencia al agua y la resistencia al aceite de los papeles resistentes al agua y al aceite obtenidos, y los resultados se muestran en la Tabla 2.
15 Ejemplos Comparativos 1 -4 (Evaluación en el proceso de aplicación interna)
Se llevaron a cabo los mismos procedimientos que en el Ejemplo 1, excepto que se usaron las dispersiones acuosas (RD1 -RD4) que contenía el copolímero que contiene flúor en lugar la dispersión acuosa (SD1) que contiene el
20 copolímero que contiene flúor en el Ejemplo 1. Se evaluaron la resistencia al agua y la resistencia al aceite de los papeles resistentes al agua y al aceite obtenidos, y los resultados se muestran en la Tabla 2.
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