ES2574007T3

ES2574007T3 - Material de carga para procedimiento de fabricación de papel

Info

Publication number: ES2574007T3
Application number: ES05752686.5T
Authority: ES
Inventors: Erik Sanne; Kjell Andersson; Johan Nyander
Original assignee: Akzo Nobel NV
Current assignee: Akzo Nobel NV
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2016-06-14
Anticipated expiration: 2025-06-08
Also published as: PL1778916T3; TW200613611A; CN1965128A; EP1778916B1; EP2835468B1; EP2835468A1; EP1778916A1; SI1778916T1; WO2005124021A1; CA2571083C; TWI278556B; CA2571083A1; PT1778916E; CN103556526A

Abstract

Un procedimiento para la producción de papel, que comprende proporcionar una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, introducir en la suspensión un material de carga que comprende en forma previamente mezclada una arcilla y un derivado de celulosa que tiene un grado de sustitución de grupos iónicos netos de 0,05 a 0,65, en que el derivado de celulosa contiene grupos catiónicos, y deshidratar la suspensión para formar una banda o lámina de papel.

Description

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DESCRIPCION

Material de carga para procedimiento de fabricacion de papel

La presente invencion se refiere a un material de carga que comprende arcilla y derivado de celulosa. La invencion se refiere adicionalmente a un metodo para fabricar el material de carga, el uso del material de carga en la fabricacion de papel, un procedimiento para fabricar papel en el que usa el material de carga como aditivo asf como un papel que comprende el material de carga.

Antecedentes de la invencion

En la produccion de papel con carga, es alimentada una suspension acuosa que contiene fibras celulosicas, materiales de carga y aditivos, denominada soporte, a la caja formadora que expulsa el soporte sobre un alambre formador. Se purga agua del soporte a traves del alambre formador de manera que se forma una banda humeda de papel sobre el alambre, y la banda es adicionalmente deshidratada y secada en la seccion de secado de la maquina de papel.

El papel con elevado contenido de carga es una tendencia establecida en la industria papelera no solamente debido al ahorro en el uso disminuido de fibra sino debido tambien a la calidad mejorada del producto, como una mayor opacidad y una mejor capacidad de impresion. Para un papel supercalandrado (papel SC) y muchas calidades de papel que contienen fibras mecanicas, la arcilla de caolm es el material de carga mas comunmente usado. Las partmulas de arcilla tienen una forma de laminillas o placas y en el calandrado las laminillas estan uniformemente orientadas, proporcionando un brillo o suavidad elevados al papel. La cantidad de material de carga puede ser tan elevada como 30% o mas.

Un grado elevado de material de carga provoca una disminucion en la resistencia del papel asf como formacion de pelusas y polvo. Una regla general para el uso del material de carga en papel es que un aumento de 10% en el contenido de material de carga disminuye la resistencia en 20%. Se producen problemas con la formacion de pelusa y polvo a medida que los fragmentos de fibras y materiales de carga no estan apropiadamente unidos en el papel. Esto puede proporcionar un problema espedfico en la impresion rotativa de papel SC, denominado puntos perdidos, cuando se pierde tinta en puntos en la impresion.

La adicion de un agente aglutinante puede aumentar la resistencia del papel asf como disminuir la formacion de pelusa y polvo. Entre otros materiales, ha sido usado almidon como un agente aglutinante. Sin embargo, en la fabricacion de papel SC, el calandrado del papel se hace a una carga de 100-350 kN/m. El almidon hace que el papel sea quebradizo y se puede romper a estas cargas elevadas. El almidon hace tambien que el papel sea mas denso ya antes del calandrado. Por lo tanto, no se usa almidon o solo pequenas adiciones (1-2 kg/tonelada de papel seco) en la fabricacion de papel SC.

La CMC convencional es anadida a veces al extremo humedo como un aditivo de resistencia. Sin embargo, entonces el problema es que la deshidratacion se ralentiza considerablemente. Puede ser usada una tercera posibilidad con aditivos de resistencia sinteticos, pero a menudo son bastante caros.

Para todas las calidades de papel con elevados contenidos de material de carga, la resistencia del papel, el purgado y la retencion de material de carga son cuestiones importantes. A veces se anade apresto, y entonces el consumo de apresto es mayor cuando se aumentan los contenidos de material de carga y/o cuando no se usa almidon.

En documento EP 758695 A2 describe una lamina dispersable en agua y un cigarrillo que usa la lamina. La lamina comprende un papel de base resoluble en agua hecha de materias primas fibrosas y una capa de revestimiento dispersable en agua que contiene polfmeros solubles en agua y un compuesto alcalino. El papel de base resoluble en agua se fabrica a partir de una mezcla de fibras dispersables en agua y acido fibroso de carboximetil-celulosa o acido fibroso de carboxietil-celulosa.

El documento US 5.759.346 describe un metodo para mejorar la resistencia y reducir la formacion de pelusa y polvo en la produccion de papel tisu. El material de carga es una arcilla de caolm que ha sido pre-tratada con un almidon cationico.

El documento WO 01/86067 describe un metodo para pre-tratar un material de carga con un polfmero hidrofobo, que es un polfmero sintetico que comprende monomeros de acrilato y estireno. El uso del material de carga pretratado mejora la resistencia en humedo y reduce la formacion de pelusa del papel.

Adicionalmente, el documento WO 95/13324 se refiere a carbonato de calcio tratado con un derivado de celulosa como carboximetil-celulosa de sodio (“CMC”) que tiene un grado de sustitucion de 0,70. Dicho carbonato de calcio tratado es usado como material de carga en suspensiones alcalinas de fabricacion de papel con lo que se aumenta el brillo del papel.

Hay todavfa una necesidad de un material de carga que proporcione un procedimiento mejorado de fabricacion de papel y mejores propiedades del papel producido. Se deseana proporcionar un material de carga que haga posible

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la produccion de papel con elevado contenido de carga que muestre excelentes propiedades de impresion y mecanicas. Sena deseable tambien proporcionar un material de carga que sea compatible con los adyuvantes de purgado y retencion y que conduzca asf a un buen purgado, retencion y funcionamiento de la maquina de papel. Sena tambien deseable proporcionar un procedimiento simple y eficaz para producir un material de carga que muestre las caractensticas anteriores.

Sumario de la invencion

La presente invencion se refiere generalmente a un material de carga que comprende arcilla y derivado de celulosa. La presente invencion se refiere generalmente de forma adicional a un material de carga que comprende arcilla y derivado de carboximetil-celulosa. La presente invencion se refiere tambien generalmente a un metodo para fabricar el material de carga mezclando arcilla con un derivado de celulosa, el uso del material de carga como un aditivo en la fabricacion de papel asf como papel que contiene el material de carga. La invencion se refiere generalmente de forma adicional a un procedimiento de fabricacion de papel en el que el material de carga es introducido en una suspension celulosica acuosa.

Mas espedficamente, la invencion se refiere a un material de carga que comprende arcilla y un derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos anionicos netos de 0,05 hasta 0,65 y que contiene grupos cationicos. La invencion se refiere tambien a un material de carga que comprende arcilla y un derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos carboxialquilo de 0,05 a 0,65 y que contiene grupos cationicos. La invencion se refiere adicionalmente a un metodo para producir un material de carga que comprende mezclar arcilla con un derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos ionicos netos de 0,05 a 0,65 y que contiene grupos cationicos. La invencion se refiere tambien a un metodo para producir un material de carga que comprende mezclar arcilla con un derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos carboxialquilo de 0,05 a 0,65 y que contiene grupos cationicos. La invencion se refiere adicionalmente a un material de carga que puede ser obtenido mediante estos metodos. La invencion se refiere adicionalmente a un procedimiento de fabricacion de papel que comprende proporcionar una suspension acuosa que contiene fibras celulosicas, introducir en la suspension un material de carga que comprende arcilla y derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos ionicos netos de 0,05 a 0,65 y que contiene grupos cationicos y deshidratar la suspension para formar una banda o lamina de papel. La invencion se refiere tambien a un procedimiento de fabricacion de papel que comprende proporcionar una suspension acuosa que contiene fibras celulosicas, introducir en la suspension un material de carga que comprende arcilla y derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos carboxialquilo de 0,05 a 0,65 y que contiene grupos cationicos, y deshidratar la suspension para formar una banda o lamina de papel. En el procedimiento de fabricacion de papel, el material de carga puede ser introducido en la suspension celulosica anadiendo la arcilla y el derivado de celulosa separadamente o conjuntamente en forma de una unica composicion.

Descripcion detallada de la invencion

La presente invencion proporciona un nuevo material de carga que es adecuado para ser usado en la fabricacion de papel. Se ha encontrado sorprendentemente que el material de carga segun la invencion hace posible reducir algo los problemas asociados con los materiales de carga comunmente usados en la fabricacion de papel e incorporados en el papel. Mas espedficamente, empleando el material de carga de esta invencion en procedimientos de fabricacion de papel es posible reducir la formacion de pelusa y polvo del papel y proporcionar un papel con excelentes propiedades de impresion y mecanicas. Otras ventajas mostradas por la presente invencion incluyen una deshidratacion buena y/o mejorada y retencion de partfculas finas, lo que conduce a ventajas en terminos de funcionamiento de la maquina de papel.

Cuando se usa el material de carga en la fabricacion de papel SC y papel de periodicos, se ha observado que la presente invencion hace posible reducir la formacion de pelusa y polvo del papel sin afectar adversamente a las propiedades mecanicas del papel producido y sin disminuir la deshidratacion y la retencion de partfculas finas y material de carga en el procedimiento de fabricacion de papel.

Segun la presente invencion, se ha observado que el material de celulosa puede ser mezclado y ser adsorbido mas eficazmente o unido a la superficie de arcilla durante un procedimiento sencillo. El material de carga de la invencion puede ser considerado como un material de carga modificado o material de carga tratado con derivado de celulosa.

Segun la presente invencion, se ha encontrado que se pueden obtener muy buenos resultados anadiendo la arcilla y el derivado de celulosa a una suspension celulosica junto con una forma previamente mezclada o previamente tratada. El pretratamiento de la arcilla con el derivado de celulosa proporciona una forma conveniente de tratar separadamente solamente un componente de la suspension celulosica para producir un material de carga modificado, que puede ser usado en lugar de los materiales de carga convencionales o sustituirlos parcialmente. Aunque no se desean vinculaciones teoricas, se cree que el derivado de celulosa es adsorbido a la arcilla cuando se mezclan los componentes, y que la adsorcion puede tener lugar tambien in situ en la suspension celulosica cuando se anaden separadamente los componentes.

El material de carga segun la invencion comprende una arcilla y un derivado de celulosa. Ejemplos de arcillas adecuadas incluyen las que tienen una forma de laminillas o placas. Ejemplos de arcillas adecuadas incluyen talco,

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hidrotalcita, caolm, arcilla calcinada, bentonita o sus mezclas, preferentemente caolm, arcilla calcinada o talco, lo mas preferentemente caolm y arcilla calcinada. Ejemplos de arcillas adecuadas incluyen las que tienen un area superficial espedfica en el intervalo de 2 m2/g a 800 m2/g, adecuadamente de 2 m2/g a 600 m2/g, lo mas preferentemente de 5 m2/g a 20 m2/g. El tamano de partmulas es habitualmente es de 0,1 pm a 50 pm, preferentemente de 0,1 pm a 5 pm y, lo mas preferentemente de 0,8 pm a 3 pm.

La arcilla de caolm natural tiene la formula qmmica Al2O3-2SiO2-2H2O. Las arcillas de caolm incluyen los denominados silicatos de aluminio 1:1 dioctaedricos. La arcilla de caolm tiene habitualmente un tamano de partmulas de 1 pm a 5 pm, preferentemente de 1 pm a 3 pm. La arcilla de caolm tiene habitualmente un area superficial de 3 m2/g a 10 m2/g, adecuadamente de 5 m2/g a 8 m2/g.

La arcilla calcinada tiene la formula Al2O3-2SiO2. La arcilla calcinada tiene habitualmente un area superficial espedfica de 10 m2/g a 20 m2/g, adecuadamente de 15 m2/g a 17 m2/g. La arcilla calcinada tiene habitualmente un tamano de partmulas en el intervalo de 0,8 pm a 4 pm, preferentemente de 0,8 pm a 2 pm.

El material de carga segun la invencion comprende adicionalmente un derivado de celulosa. Es preferido que el derivado de celulosa sea soluble en agua o al menos parcialmente soluble en agua o dispersable en agua, preferentemente soluble en agua o al menos parcialmente soluble en agua. El derivado de celulosa es ionico. El derivado de celulosa puede ser cationico o anfotero, preferentemente anfotero. Ejemplos de derivados de celulosa adecuados incluyen eteres de celulosa, por ejemplo, eteres de celulosa anfoteros. El derivado de celulosa tiene grupos ionicos o con carga o sustituyentes. Ejemplos de grupos ionicos adecuados incluyen anionicos y cationicos. Ejemplos de grupos anionicos incluyen grupos carboxilato, por ejemplo, carboxilalquilo, sunfonato, por ejemplo, sulfoalquilo, fosfato y fosfonato, en los que el grupo alquilo puede ser metilo, etilo, propilo y sus mezclas, adecuadamente metilo. Adecuadamente el derivado de celulosa contiene un grupo anionico que comprende un grupo carboxilato, por ejemplo, un grupo carboxialquilo. El contraion del grupo anionico es habitualmente un metal alcalino o metal alcalinoterreo, adecuadamente sodio.

Ejemplos de grupos cationicos adecuados de derivados de celulosa segun la invencion incluyen sales de aminas, adecuadamente sales de aminas terciarias y grupos amonio cuaternario, preferentemente grupos amonio cuaternario. Los sustituyentes unidos al atomo de nitrogeno de aminas y grupos amonio cuaternario pueden ser iguales o diferentes y se pueden seleccionar entre grupos alquilo, cicloalquilo y alcoxialquilo y uno, dos o mas de los sustituyentes conjuntamente con el atomo de nitrogeno pueden formar un anillo heterodclico. Los sustituyentes independientemente unos de otros comprenden habitualmente de 1 a 24 atomos de carbono, preferentemente de 1 a 8 atomos de carbono. El nitrogeno del grupo cationico puede estar unido a la celulosa o derivado de la misma por medio de una cadena de atomos que comprende adecuadamente atomos de carbono e hidrogeno y, opcionalmente, atomos de O y/o N. Habitualmente la cadena de atomos es un grupo alquileno con 2 a 18 y, adecuadamente, 2 a 8 atomos de carbono, opcionalmente interrumpida o sustituida uno o mas heteroatomos, por ejemplo, O o N como un grupo alquilenoxi o un grupo hidroxi-propileno. Los derivados de celulosa preferidos que contienen grupos cationicos incluyen los obtenidos haciendo reaccionar celulosa o un derivado de la misma con un agente de cuaternizacion seleccionado entre cloruro de 2,3-epoxipropil-trimetil-amonio, cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropil-trimetil-amonio y sus mezclas.

Los derivados de celulosa de esta invencion pueden contener grupos no ionicos como grupos alquilo o hidroxialquilo, por ejemplo, hidroximetilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, hidroxibutilo y sus mezclas, por ejemplo, hidroxietil-metilo, hidroxipropil-metilo, hidroxibutil-metilo, hidroxietil-etilo, hidroxipropilo y similares. En una realizacion preferida de la invencion, el derivado de celulosa contiene tanto grupos ionicos como grupos no ionicos.

Ejemplos de derivados de celulosa adecuados segun la invencion incluyen carboxil-celulosas, por ejemplo, carboxilmetil-celulosa, carboxiletil-celulosa, carboxilpropil-celulosa, sulfoetil-carboxilmetil-celulosa, carboxilmetil- hidroxietil-celulosa (“CM-HEC”), carboxilmetil-celulosa en la que la celulosa esta sustituida con uno o mas sustituyentes no ionicos, preferentemente carboxilmetil-celulosa (“CMC”). Ejemplos de derivados de celulosa adecuados y metodos para su fabricacion incluyen los descritos en la patente de EE.UU. n° 4.940.785, que se incorpora como referencia a la presente memoria descriptiva.

Los terminos “grado de sustitucion” o “DS”, como se usan en la presente memoria descriptiva, significan el numero de sitios de anillos sustituidos de anillos de beta-anhidroglucosa del derivado de celulosa. Como hay tres grupos hidroxilos en cada anillo de anhidroglucosa de la celulosa que estan disponibles para una sustitucion, el valor maximo de DS es 3,0. Segun una realizacion de la invencion, el derivado de celulosa tiene un grado de sustitucion de grupos ionicos netos (“DSni”) de 0,05 a 0,65, es decir, el derivado de celulosa tiene un grado medio de sustitucion ionica neta por unidad de glucosa de 0,05 a 0,65. La sustitucion ionica neta puede ser anionica neta o cationica neta. Cuando la sustitucion ionica neta es anionica neta, hay un exceso neto de grupos anionicos (grupos anionicos netos = el numero medio de grupos anionicos menos el numero medio de grupos cationicos por unidad de glucosa) y DSni es igual al grado de sustitucion de grupos anionicos netos (“DSna”). Cuando la sustitucion ionica neta es cationica neta, hay un exceso neto de grupos cationicos (grupos cationicos netos = el numero medio de grupos cationicos menos el numero medio de grupos anionicos, si los hay, por unidad de glucosa) y DSni es igual al grado de sustitucion de grupos cationicos netos (“DSnc”). Segun otra realizacion preferida de la invencion, el derivado de celulosa tiene un grado de sustitucion de grupos carboxialquilo ((“DSca”) de 0,05 a 0,65, es decir, el derivado de

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celulosa tiene un grado medio de sustitucion de carboxialquilo por unidad de glucosa de 0,05 a 0,65. Los grupos carboxialquilo son adecuadamente grupos carboximetilo y entonces el DSca referido en la presente memoria descriptiva es igual al grado de sustitucion de grupos carboximetilo (“DScm”). Segun estas realizaciones de la invencion, DSni, DSna, DSnc y DSca independientemente unos de otros son habitualmente hasta 0,60, adecuadamente hasta 0,50, preferentemente hasta 0,45 y mas preferentemente hasta 0,40, mientras que DSni, DSna, DSnc y DSca independientemente unos de otros son 0,10 y, mas preferentemente al menos 0,15. Los intervalos de DSni, DSna, DSnc y DSca independientemente unos de otros son habitualmente de 0,05 a 0,60, adecuadamente de 0,05 a 0,50, preferentemente de 0,10 a 0,45 y mas preferentemente de 0,15 a 0,40.

Los derivados de celulosa que son anfoteros tienen habitualmente un grado de sustitucion anionica ((“DSa”) en el intervalo de 0,01 a 1,0 en la medida en que DSni y DSna son como se definen en la presente memoria descriptiva; desde 0,05, preferentemente desde 0,10 y mas preferentemente desde 0,15 y adecuadamente hasta 0,75, preferentemente hasta 0,5 y mas preferentemente hasta 0,4. Los derivados de celulosa que son cationicos o anfoteros pueden tener un grado de sustitucion cationica (“DSnci”) en el intervalo de 0,01 a 1,0 en la medida en que DSni y DSnc son como se definen en la presente memoria descriptiva. Adecuadamente desde 0,02, preferentemente desde 0,03 y mas preferentemente desde 0,05 y adecuadamente hasta 0,75, preferentemente hasta 0,5 y, mas preferentemente, hasta 0,4. Los grupos cationicos son adecuadamente grupos amonio cuaternario y entonces DSc referido en la presente memoria descriptiva es igual al grado de sustitucion de grupos amonio cuaternario (“DSqn”). Para derivados de celulosa anfoteros de esta invencion DSa o DSc pueden ser naturalmente mayores que 0,65 en la medida en que DSna y DSnc son, respectivamente, como se definen en la presente memoria descriptiva. Por ejemplo, si DSa es 0,75 y DSc es 0,15, entonces DSna es 0,60.

Ejemplos de derivados de celulosa adecuados que tienen grados de sustitucion como se definio anteriormente incluyen los derivados de carboxialquil-celulosa dS de baja solubilidad en agua. Los derivados de celulosa solubles en agua tienen adecuadamente una solubilidad de al menos 85% en peso, basado en el peso total del derivado de celulosa seco, en una solucion acuosa, preferentemente al menos 90% en peso, mas preferentemente al menos 95% en peso y, lo mas preferentemente, al menos 98% en peso.

El derivado de celulosa tiene habitualmente un peso molecular medio que es al menos de 20.000 daltones, preferentemente al menos 50.000 daltones y el peso molecular medio es habitualmente hasta 1.000.000 daltones, preferentemente hasta 500.000 daltones.

Preferentemente, en el material de carga segun la invencion, el derivado de celulosa esta al menos en parte adsorbido o unido a la arcilla. Adecuadamente, al menos 10% en peso, preferentemente al menos 30% en peso, mas preferentemente al menos 45% en peso y lo mas preferentemente al menos 60% en peso del derivado de celulosa esta adsorbido o unido a la arcilla.

El material de carga segun la invencion tiene habitualmente un contenido de arcilla de al menos 0,0001% en peso; el contenido de arcilla puede ser desde 0,0001 hasta 99,5% en peso, adecuadamente de 0,1 a 90% en peso y, preferentemente, de 60 a 80% en peso, basado en el peso de los solidos del material de carga, es decir, basado en el peso seco del material de carga. El material de carga tiene habitualmente un contenido de derivado de celulosa de al menos 0,01% en peso; el contenido derivado de celulosa puede ser desde 0,01 hasta 30% en peso, adecuadamente de 0,1 a 20% en peso y, preferentemente, de 0,3 a 10% en peso, basado en los solidos del material de carga.

El material de carga segun la invencion puede ser suministrado en forma de un material solido que puede estar esencialmente exento de agua. Puede ser suministrado tambien en forma de una composicion acuosa. El contenido de fase acuosa, o agua, puede variar dentro de amplios Kmites, dependiendo del metodo de produccion y el uso previsto.

La presente invencion se refiere tambien a un metodo para fabricar un material de carga que comprende mezclar un derivado de celulosa, por ejemplo, uno cualquiera de los derivados de celulosa definidos en la presente memoria descriptiva, con arcilla. El derivado de celulosa y la arcilla son usados adecuadamente en cantidades con el fin de proporcionar un material de carga segun la invencion que tenga contenidos de derivados de celulosa y arcilla como se definen en la presente memoria descriptiva.

El derivado de celulosa y la arcilla pueden estar presentes como solidos o en composiciones acuosas, y sus mezclas. La arcilla esta presente adecuadamente en forma de un material finamente dividido. La mezcla puede ser conseguida anadiendo el derivado de celulosa al material de carga, o viceversa, en un procedimiento discontinuo, semi-discontinuo o continuo. Segun una realizacion preferida de la invencion, el derivado de celulosa es anadido en forma de un solido a una composicion acuosa de la arcilla y la composicion obtenida seguidamente es sometida de forma adecuada a una dispersion eficaz para disolver el derivado de celulosa. Preferentemente, la mezcla se lleva a cabo formando el primer lugar una fase acuosa neutra o alcalina, adecuadamente una solucion acuosa, de derivado de celulosa que seguidamente es mezclado con una composicion acuosa de arcilla. Antes de mezclar con la arcilla, la fase acuosa de derivado de celulosa puede ser sometida a un pretratamiento, por ejemplo, homogeneizacion, centrifugacion y/o filtracion, por ejemplo, para separar derivado de celulosa sin disolver, si lo hay, de la fase acuosa.

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Preferentemente, el derivado de celulosa se mezcla con la arcilla para permitir que al menos parte del derivado de celulosa se adsorba o una a la arcilla, preferentemente de forma que apenas es separada del material mediante dilucion con agua. Esto se puede realizar llevando a cabo una mezcladura durante un periodo de tiempo que sea suficientemente largo para permitir la adsorcion o union. Adecuadamente, el tiempo de mezcla es de al menos 1 minuto, preferentemente al menos 5 minutos, mas preferentemente al menos 10 minutos y, lo mas preferentemente, al menos 20 minutos. Son posibles periodos de mezcla de incluso de varias horas (1-10 h) si se desea alcanzar un elevado grado de union. Adecuadamente, al menos un 10% en peso, preferentemente al menos un 30% en peso, mas preferentemente al menos un 45% en peso y, lo mas preferentemente, al menos un 60% en peso del derivado de celulosa es transferido desde la fase acuosa y adsorbido o unido a la arcilla u otros componentes presentes en la arcilla.

El pH de la fase acuosa de derivado de celulosa se ajusta habitualmente para la absorcion del derivado de celulosa espedfico usado hasta un valor de 4 a 13, preferentemente de 6 a 10, mas preferentemente de 7 a 8,5. Puede ser usada una base o un acido adecuado para ajustar el pH. Ejemplos de bases adecuadas incluyen bicarbonatos y carbonatos de metales alcalinos e hidroxidos de metales alcalinos, adecuadamente bicarbonato de sodio, carbonato de sodio e hidroxido de sodio. Ejemplos de acidos adecuados incluyen acidos minerales, acidos organicos y sales de acidos, adecuadamente acido sulfurico y sus sales de acidos, como alumina. En general, a un pH inferior, es decir, un pH de 4,0 a neutro, la absorcion del derivado de celulosa es superior pero disminuye la solubilidad, mientras que a un pH superior la absorcion se reduce pero aumenta la solubilidad.

La temperatura no es cntica; en operaciones en condiciones no presurizadas la temperatura es normalmente de 10 a 100 °C, preferentemente de 20 a 80 °C. Sin embargo, son mas favorables temperaturas superiores, adecuadamente la temperatura de la composicion acuosa durante la mezcla es desde 30 hasta 70 °C, mas preferentemente de 40 a 60 °C.

El material de carga obtenido mediante el metodo de la invencion puede ser usado como tal, por ejemplo en la fabricacion de papel. Si esta presente en forma de una composicion acuosa, puede ser usado directamente o puede ser secado si se desea, por ejemplo, para simplificar el transporte.

La presente invencion se refiere tambien a un procedimiento para la produccion de papel que comprende proporcionar una suspension acuosa que contiene fibras celulosicas (“suspension celulosica”) introduciendo en la suspension celulosica un material de carga, por ejemplo, uno cualquiera de los materiales de carga definidos en la presente memoria descriptiva, y deshidratando la suspension celulosica para formar una banda o lamina de papel. Preferentemente, el material de carga es introducido en la suspension celulosica anadiendolo en forma de una composicion unica. Alternativamente, la arcilla y el derivado de celulosa (por ejemplo, uno cualquiera de los derivados de celulosa definidos en la presente memoria descriptiva) puede ser separadamente anadido a la suspension celulosica y el material de carga se forma in situ en la suspension celulosica.

El material de carga segun la invencion puede ser anadido a la suspension celulosica en cantidades que pueden variar dentro de amplios lfmites dependiendo, entre otras cosas, del tipo de suspension celulosica, tipo de papel producido, punto de adicion, etc. El material de carga es anadido habitualmente en una cantidad dentro del intervalo de 1 a 50% en peso, adecuadamente de 5 a 40% en peso y habitualmente de 10 a 30% en peso, basado en el peso de fibras secas. Consecuentemente, el papel segun la invencion tiene habitualmente un contenido de material de carga de esta invencion dentro del intervalo de 1 a 50% en peso, adecuadamente de 5 a 40% en peso y, habitualmente, de 10 a 30% en peso, basado en el peso de fibras secas.

En el procedimiento, pueden ser introducidos naturalmente otros componentes en la suspension celulosica. Ejemplos de estos componentes incluyen materiales de carga convencionales, agentes abrillantadores opticos, agentes de apresto, floculantes coagulantes, adyuvantes de purga y retencion, agentes de resistencia en seco, agentes de resistencia en humedo, etc. Ejemplos de materiales de carga convencionales adecuados incluyen caolm, arcilla de China, dioxido de titanio, yeso, talco, carbonatos de calcio naturales y sinteticos, por ejemplo, pizarra, marmol triturado y carbonato de calcio precipitado, oxido de aluminio hidrogenado (trihidroxidos de aluminio), sulfato de calcio, sulfato de bario, oxalato de calcio, etc. Cuando se usa el material de carga segun la invencion junto con un material de carga convencional, el material de carga segun la invencion puede estar presente en una cantidad de al menos 1% en peso, adecuadamente al menos 5% en peso, preferentemente al menos 10% en peso, mas preferentemente al menos 20% en peso y adecuadamente hasta 99% en peso, basado en el peso seco de todos los materiales de carga. Ejemplos de agentes de apresto adecuados incluyen agentes de apresto no reactivos con celulosa, por ejemplo, agentes de apresto basados en colofonia como jabones basados en colofonia, emulsiones/dispersiones basadas en colofonia y agentes de apresto reactivos con celulosa, por ejemplo, emulsiones/dispersiones de anlddridos como anlddridos alquenil-sucdnicos (ASA), dfmeros de alquenil- y alquil- cepeno (AKD) y multfmeros. Ejemplos de adyuvantes de purga y retencion adecuados incluyen productos polfmeros organicos, por ejemplo, polfmeros cationicos, anionicos y no ionicos que incluyen polietileno-iminas cationicas, poliacrilamidas cationicas, anionicas y no ionicas, poliaminas cationicas, almidon cationico y goma guar cationica; materiales inorganicos, por ejemplo, compuestos de aluminio, materiales de micropartfculas anionicas como partfculas basadas en sflice coloidal, arcillas de tipo esmectita, por ejemplo, bentonita, montmorillonita, alumina coloidal y sus combinaciones. Ejemplos de combinaciones adecuadas de agentes de purga y retencion incluyen polfmeros cationicos y materiales de partfculas anionicas, por ejemplo, almidon cationico y partfculas basadas en

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s^lice coloidal anionica, poliacrilaminada cationica y partmulas basadas en s^lice coloidal anionica as^ como poliacrilamida cationica y bentonita o montmorillonita. Ejemplos de agentes de resistencia en humedo adecuados incluyen poliaminas y poliaminoamidas. El papel que contiene material de carga para la invencion y almidon cationico muestra muy buenas propiedades de resistencia.

El termino “papel”, como se usa en la presente memoria descriptiva, incluye no solamente papel y su produccion, sino tambien otros productos de laminas o de tipo banda que contienen fibras celulosicas como, por ejemplo, carton y papel carton y su produccion. El procedimiento puede ser usado en la produccion de papel a partir de diferentes tipos de suspensiones acuosas de fibras celulosicas (que contienen celulosa) y las suspensiones deben contener adecuadamente al menos 25% en peso y, preferentemente, al menos 50% en peso de estas fibras, basadas en una sustancia seca. Las fibras celulosicas pueden estar basadas en fibras vfrgenes y/o recicladas, incluidas fibras de madera o plantas caducas o perennes. La suspension celulosica puede ser con contenido de madera o exenta de madera y puede estar basada en fibras de pasta qrnmica como pastas de sulfato, sulfito y disolventes organicos, pasta mecanica como pasta termo-mecanica, pasta qmmico-termo-mecanica, pasta de refinena y pasta de madera triturada, tanto de madera dura como de madera blanda, y puede estar basada tambien en fibras recicladas, opcionalmente a partir de pastas destintadas y sus mezclas. La suspension celulosica tiene adecuadamente un pH en el intervalo acido a neutro a alcalino, por ejemplo, de 4 a 10, preferentemente de 5 a 8.

La invencion se ilustra adicionalmente en los siguientes ejemplos que, sin embargo, no esta previsto que la limiten. Las partes y % se refieren a partes en peso y % en peso, respectivamente, salvo que se establezca otra cosa.

Ejemplo 1

Se fabricaron materiales de carga segun la invencion tratando arcilla con derivados de celulosa. Los derivados de celulosa usados fueron carboximetil-celulosa (“CMC”) (segun la tecnica anterior) y carboximetil-celulosa de amonio cuaternario (“QN-CMC”) (segun la invencion). El peso molecular de la CMC fue <200.000 daltones. La arcilla usada en los ejemplos fue arcilla de caolm.

Los tipos de CMC usados para tratar la arcilla fueron los siguientes:

CMC 0.35 DSca = 0,35 (tecnica anterior)

CMC 0.5 Gabrosa PA 947 Azko Nobel DSca = 0,5 (tecnica anterior)

QN-CMC DSca = 0,4 y DSqn = 0,17 (invencion)

Preparacion de arcilla modificada con CMC:

La CMC se disolvio en primer lugar en agua hasta una consistencia de 0,5% en peso. Posteriormente, se anadio la composicion de CMC a la suspension de material de carga de arcilla y se mezclo durante 35 a 40 minutos a una temperatura de 50 °C.

Ejemplo 2

En el siguiente ejemplo, se preparo papel SC (super-calandrado) usando arcilla de caolm tratada con carboximetil- celulosa (CMC). La CMC usada fue QN-CMC (invencion) y CMC 0.5 (tecnica anterior) como se describe en el ejemplo 1. La preparacion de la arcilla modificada con CMC se hizo como se describe en el ejemplo 1. El papel SC fue seguidamente ensayado en cuanto al contenido de cenizas, retencion total y formacion de pelusa.

Las laminas de papel se produjeron a partir de un suministro de pasta SC que consistfa en 80% de pasta mecanica y 20% de pasta qrnmica. La suspension de suministro contema 50% de material de carga de arcilla, tema una consistencia de 0,5 % en peso, pH de 7,7 y conductividad de 0,3 mS/cm. A la suspension de pasta o la suspension de arcilla se anadio una cantidad de arcilla seca de 2% de CMC/tonelada. Se anadio tambien un sistema de retencion que contema polfmero cationico (polfmero de retencion Eka PL 1510) y partmulas de sflice (silice de retencion Eka NP 442). Tanto el polfmero como las partfculas de sflice se anadieron en una cantidad de 0,2 kg/tonelada de fibras secas. La secuencia de adicion fue la siguiente:

Adicion de CMC separada cuando se uso: 0 segundos

Adicion de material de carga: Adicion de polfmero de retencion: Adicion de sflice de retencion: Preparacion de la lamina:

15 segundos 30 segundos 45 segundos 105 segundos

Las laminas de papel preparadas en los siguientes ejemplos se prepararon segun la forma estandar usando una lamina Dynamical Sheet Former (“Formette”, CTP Grenoble).

Las laminas de papel fueron ensayadas en cuanto retencion y contenido de cenizas, vease la tabla 1. CMC 0.5 separada significa que se anadio la CMC 0.5 antes que la arcilla sin tratar.

Tabla 1

Ensayo n°: Tipo de CMC y adicion Nivel de cenizas [%] Retencion total [%]

1: QN-CMC en arcilla (invencion) 39,8 83,0

2: CMC 0.5 en arcilla (tecnica anterior) 34,2 76,0

3: CMC 0.5 separada (tecnica anterior) 36,1 78,2

5 Las laminas se ensayaron tambien en cuanto a la formacion de pelusa, vease la tabla 2. La formacion de pelusa se midio aplicando una cinta adhesiva bien definida a un area de la superficie de papel y tirando mecanicamente a continuacion de la cinta a una fuerza y angulo espedficos. Se miden seguidamente la cantidad de pelusa, fragmentos de fibras y material de carga presentes en la cinta. Esta medicion se hizo tambien despues de calandrar las laminas de papel.

10 Tabla 2

Ensayo n°: Tipo de CMC y adicion Formacion de pelusa [mg] sin calandrado Formacion de pelusa [mg] despues del calandrado

1: QN-CMC en arcilla (invencion) 2,5 4,5

2: CMC 0.5 en arcilla (tecnica anterior) 4,2 9,4

3: CMC 0.5 separada (tecnica anterior) 4,3 10,0

Ejemplo 3

En este ejemplo, se preparo papel de periodico usando una arcilla tratada con CMC. La CMC usada fue CMC 0.35 (tecnica anterior) y CMC 0.5 (tecnica anterior) como se definen en el ejemplo 1. La arcilla usada fue arcilla de caolm. 15 La preparacion de la arcilla modificada con CMC se hizo como se describe en el ejemplo 1. Se midio en el papel el mdice de resistencia a la traccion y los resultados se exponen en la tabla 3.

Se produjeron laminas de papel a partir de un suministro de pasta de papel de periodico que consistfa en 75% de pasta mecanica y 25% de pasta de papel de periodico destintada. La suspension de suministro contema 10% de material de carga de arcilla calcinada, tema una consistencia de 0,3%, un pH de 7,2 y una conductividad de 1,0 20 mS/cm. A la suspension de pasta o a la suspension de arcilla se anadio una cantidad de arcilla seca de 2% de CMC/tonelada. La secuencia de adicion fue la siguiente:

Adicion de CMC separada cuando se uso: 0 segundos

Adicion de material de carga: 15 segundos

Preparacion de la lamina: 105 segundos

25 Las laminas de papel preparadas en los siguientes ejemplos se prepararon segun la forma estandar usando una lamina Dynamical Sheet Formar (“Formette”, CTP Grenoble).

CMC 0.5 separada significa que la CMC 0.5 se anadio antes que la arcilla sin tratar.

Tabla 3

Ensayo n°: Tipo de CMC y adicion fndice de traccion [kNm/kg]

1: CMC 0.35 en arcilla (tecnica anterior) 31,5

2: CMC 0.5 en arcilla (tecnica anterior) 29,3

3: CMC 0.5 separada (tecnica anterior) 29,6

Ejemplo 4

Se preparo un suministro de papel SC usando una arcilla tratada con CMC. Se usaron tres tipos diferentes de CMC para fabricar el material de carga, CMC 0.35 (tecnica anterior), CMC 0.5 (tecnica anterior) y QN-CMC (invencion). Los tipos de CMC son como se define en el ejemplo 1. La preparacion de la arcilla modificada con CMC se hizo 5 como se describio en el ejemplo 1, pero la CMC y la suspension de material de carga de arcilla se mezclaron durante 15 minutos o 4 horas, respectivamente.

El suministro de papel SC que se uso consistfa en 80% de pasta mecanica y 20% de pasta qmmica. La suspension de suministro contema 50% de material de carga de arcilla, tema una consistencia de 0,25%, un pH de 7,8 y una conductividad de 0,3 mS/cm. A la suspension de arcilla se anadio una cantidad de arcilla seca de 2% de 10 CMC/tonelada y a la suspension de pasta se anadieron un sistema de retencion que contema polfmero cationico (polfmero de retencion Eka polymer PL 1510) y partfculas de silice (silice de retencion Eka NP 780). Tanto el polfmero como las partfculas de sflice se anadieron en una cantidad de 1 kg/tonelada de fibras secas. La secuencia de adicion fue la siguiente:

Adicion de material de carga tratado con CMC:0 segundos 15 Adicion de polfmero de retencion: 15 segundos

Adicion de sflice de retencion: 30 segundos

Deshidratacion: 45 segundos

Los valores de la deshidratacion se presentan en la tabla 4.

Tabla 4

Ensayo n°: Tipo de CMC Pretratamiento de material de carga durante 4 h Tiempo de deshidratacion (s) Pretratamiento de material de carga durante 15 minutos Tiempo de deshidratacion (s)

1: CMC 0.35 (tecnica anterior) 45,0 48,8

2: QN-CMC (invencion) 40,4 33,0

3: CMC 0.5 (tecnica anterior) 64,7 58,7

20

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para la produccion de papel, que comprende proporcionar una suspension acuosa que contiene fibras celulosicas, introducir en la suspension un material de carga que comprende en forma previamente mezclada una arcilla y un derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos ionicos netos de 0,05 a 0,65, en que el derivado de celulosa contiene grupos cationicos, y deshidratar la suspension para formar una banda o lamina de papel.
2. Un material de carga que comprende arcilla y derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos ionicos netos de 0,05 hasta 0,65, en que el derivado de celulosa contiene grupos cationicos.
3. Un metodo para fabricar un material de carga, que comprende mezclar arcilla con un derivado de celulosa que tiene un grado de sustitucion de grupos ionicos netos de 0,05 a 0,65, en que el derivado de celulosa contiene grupos cationicos.
4. El procedimiento segun la reivindicacion 1, el material de carga segun la reivindicacion 2 o el metodo segun la reivindicacion 3, caracterizados porque el grado de sustitucion es de al menos 0,10.
5. El procedimiento segun la reivindicacion 1 o 4, el material de carga segun la reivindicacion 2 o 4 o el metodo segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizados porque el grado de sustitucion es de 0,15 a 40.
6. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1, 4 y 5, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 y 5 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizados porque el derivado de celulosa es un eter de celulosa.
7. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 6, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 4 a 6 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizados porque el derivado de celulosa contiene grupos carboximetilo.
8. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 7, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 4 a 7 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizados porque el derivado de celulosa contiene grupos amonio cuaternario.
9. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 7, caracterizado porque el derivado de celulosa es anionico.
10. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 8, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 4 a 8 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7 y 9, caracterizados porque el derivado de celulosa es anfotero.
11. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 10, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 a 8 y 10 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 y 10, caracterizados porque el derivado de celulosa es al menos parcialmente soluble en agua.
12. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 11, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 a 8, 10 y 11 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, 10 y 11, caracterizados porque el material de carga tiene un contenido de derivado de celulosa de 0,3 a 10% en peso, basado en peso de los solidos del material de carga.
13. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 12, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 a 8 y 10 a 12 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 y 10 a 12, caracterizados porque el material de carga tiene un contenido de arcilla de 50 a 80% en peso, basado en el peso de los solidos del material de carga.
14. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 13, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 a 8 y 10 a 13 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 y 10 a 13, caracterizados porque la arcilla es una arcilla de caolm.
15. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 14, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 a 8 y 10 a 14 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 y 10 a 14, caracterizados porque la arcilla es arcilla calcinada.
16. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 15, el material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 a 8 y 10 a 15 o el metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8 y 10 a 15, caracterizados porque la arcilla es talco.
17. Papel, que comprende un material de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 2, 4 a 8 y 10 a 16.
18. El papel segun la reivindicacion 17, caracterizado porque el contenido total de material de carga del papel es de

5 a 40% en peso, basado en el papel seco.
19. El procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 4 a 16, caracterizado porque el material de carga es anadido en una cantidad de 5 a 30% en peso, basado en fibra seca.