ES2574979T3 - Composición y método para el procesamiento de papel - Google Patents

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Abstract

Un proceso para fabricar papel o cartón, que comprende: formar una suspensión celulósica; flocular la suspensión celulósica mediante la adición de un sistema floculante que comprende un material silíceo y una composición de micropolímero orgánico, catiónico o aniónico, soluble en agua, en dispersión, en donde la composición de micropolímero en dispersión tiene una viscosidad reducida superior o igual a 0,2 decilitros por gramo y comprende del 5 al 30 % en peso de un micropolímero de alto peso molecular y del 5 al 30 % en peso de una sal de coagulación inorgánica y en donde la composición de micropolímero en dispersión se prepara iniciando la polimerización de un monómero polimerizable en una solución salina acuosa para formar la dispersión del micropolímero orgánico; en donde el material silíceo y el micropolímero orgánico se añaden simultáneamente o secuencialmente; drenar la suspensión celulósica en un tamiz para formar una hoja; y secar la hoja; en el que la suspensión celulósica se flocula primero introduciendo el floculante de pretratamiento, luego se somete a cizallamiento mecánico y luego se vuelve a flocular introduciendo el material silíceo y el micropolímero orgánico.

Description

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coagulante de sal inorgánica. Estas dispersiones de micropolímero (tanto el coagulante orgánico como el coagulante de sal inorgánica) también pueden denominarse “sin disolvente” porque no está presente disolvente orgánico de bajo peso molecular (es decir, ningún aceite). Por tanto, ambos tipos de dispersiones de micropolímero están sustancialmente libres de compuestos orgánicos volátiles (COV) y etoxilato de alquilfenol (APE). En una realización, 5 las dispersiones están libres de COV y APE. Los micropolímeros orgánicos pueden ser una mezcla de polímeros lineales y/o polímeros ramificados de cadena corta. Una solución acuosa del micropolímero orgánico tiene una viscosidad reducida superior o igual a 0,2 decilitros por gramo (dl/g), específicamente superior o igual a 4 dl/g. Los micropolímeros orgánicos presentan una viscosidad en solución superior o igual a 0,5 centipoise (milipascal segundo) y tienen una ionicidad superior o igual al 5,0 por ciento. Son polímeros líquidos, acuosos, catiónicos o aniónicos con densidades de carga típicas de entre el 5 y el 75 % por ciento en moles, un contenido de sólidos entre el 2 y 70 % y viscosidades en agua al 1 % de entre 10 y 20.000 mPaseg. En una característica ventajosa, los micropolímeros de las dispersiones orgánicas están hidrófobamente asociados. En otra realización, los micropolímeros de las dispersiones de sal están hidrófobamente asociados. Sin ceñirse a la teoría, se cree que estas asociaciones o interacciones forman un polímero muy altamente estructurado que crea una microrred 15 tridimensional en la que se estima que las partículas de polímero en cualquier tipo de dispersión tienen de 10 a 150 nanómetros (nm), específicamente de 10 a 100 nm, más específicamente aproximadamente 50 nm de tamaño, como se determina por el análisis de Zimm. Debido a que la estructura se crea sin reticular químicamente los constituyentes del polímero, la carga del polímero está muy accesible, aumentando la reactividad. Por tanto, en una realización, los micropolímeros no están químicamente reticulados. En otra realización, los micropolímeros son polímeros altamente estructurados que muestran muy poca linealidad. En otra realización adicional, los polímeros aniónicos, en particular los de las dispersiones orgánicas de agua en agua, pueden tener una tangente delta a 0,005 Hz superior a 0,7 y un valor de delta superior a 0,5. En otra realización adicional, los polímeros aniónicos, en particular los de las dispersiones de sal inorgánica, pueden tener una tangente delta a 0,005 Hz superior a 0,7 y un valor de delta superior a 0,5. La síntesis de algunos polímeros adecuados se describe en la patente US5480934, el
25 documento EP n° 0 664302 B1, el documento EP n° 0 674678 B1 y el documento EP n° 624617 B1.
En un procedimiento general puede prepararse un micropolímero adecuado iniciando la polimerización de una mezcla acuosa de monómeros en una solución salina coagulante mineral inorgánica o de coagulante orgánico para formar un micropolímero orgánico. En particular, el micropolímero orgánico se prepara polimerizando una mezcla de monómeros que contiene al menos el 2 por ciento en moles de un monómero catiónico o aniónico en una solución acuosa de una sal iónica polivalente o un coagulante orgánico de bajo peso molecular. La polimerización se lleva a cabo en una solución acuosa que puede comprender del 1 al 30 por ciento en peso, basado en el peso total de los monómeros, de un polímero dispersante, siendo el polímero dispersante un polímero aniónico o catiónico soluble en agua que es soluble en la solución acuosa de la sal iónica polivalente o coagulante orgánico.
35 La sal coagulante iónica polivalente puede ser un fosfato, un nitrato, sulfato, un haluro, por ejemplo, cloruro, o una combinaciones de los mismos, en particular sulfato de aluminio y poli(cloruro de aluminio) (PAC). El coagulante orgánico de bajo peso molecular tiene una viscosidad intrínseca inferior a 4 dl/g y uno o más grupos funcionales tales como grupos éter, hidroxilo, carboxilo, sulfona, éster de sulfato, amino, amido, imino, amino terciario y/o amonio cuaternario. El coagulante orgánico puede ser una poliamina tal como polietilenimina, polivinilamina, poli(DADMAC) y poli(DIMAPA), entre otras.
Los monómeros polimerizables están etilénicamente insaturados y pueden seleccionarse del grupo constituido por acrilamida, metacrilamida, cloruro de dialildimetilamonio, sal cuaternaria de metilcloruro de acrilato de
45 dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de metilcloruro de metacrilato de dimetilaminoetilo, cloruro de acrilamidopropiltrimetilamonio, cloruro de metacrilamidopropiltrimetilamonio, ácido acrílico, acrilato de sodio, ácido metacrílico, metacrilato de sodio, metacrilato de amonio y similares, y una combinación que comprende al menos uno de los monómeros anteriores.
En una realización específica, como se expone en el documento US 5480934, una dispersión polimérica de agua en agua de alto peso molecular soluble en agua de baja viscosidad se prepara (i) polimerizando una composición que comprende del 99 al 70 % en peso de un monómero soluble en agua (a1), del 1 al 30 % en peso de un monómero hidrófobo (a2) y, opcionalmente, del 0 al 20 % en peso, preferiblemente del 0,1 al 15 % en peso, de un monómero anfifílico (a3), en presencia de al menos un agente dispersante polimérico (D), preparándose así una dispersión de
55 polímero (A); y una segunda etapa (ii) de añadir al menos un agente de dispersión polimérico (D), en una solución acuosa, a la dispersión.
El monómero soluble en agua (a1) puede ser (met)acrilato de sodio, (met)acrilato de potasio, (met)acrilato de amonio y similares, además de ácido acrílico, ácido metacrílico y/o amidas (met)acrílicas tales como amida (met)acrílica, amida Nmetil(met)acrílica, amida N,N dimetil(met)acrílica, amida N,Ndietil(met)acrílica, amida NmetilNetil(met)acrílica y amida Nhidroxietil(met)acrílica. Otros ejemplos específicos adicionales de monómeros de tipo (a1) incluyen (met)acrilato de 2(N,Ndimetilamino)etilo, (met)acrilato de 3(N,N dimetilamino)propilo, (met)acrilato de 4(N,Ndimetilamino)butilo, (met)acrilato de 2(N,Ndietilamino)etilo, (met)acrilato de 2hidroxi3(N,Ndimetilamino)propilo, cloruro de (met)acrilato de 2(N,N,Ntrimetilamonio)etilo, cloruro de (met)acrilato de 3
65 (N,N,N trimetilamonio)propilo y cloruro de (met)acrilato de 2hidroxil3(N,N,Ntrimetilamonio)propilo, amida 2dimetilaminoetil(met)acrílica, amida 3dimetilaminopropil(met)acrílica y cloruro de amida 3
7
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ANMP
Micropolímero no reticulado aniónico sintetizado en una solución salina que comprende monómeros de acrilamida y ácido acrílico que tienen una carga aniónica del 30 por ciento en moles y una viscosidad reducida superior a 10 dl/g.
ANMPP
Micropolímero reticulado que no se polimeriza en una solución salina y que es un sistema de aceite y agua.
P6.524.439
ANMPP con sílice coloidal como se describe en la patente US6.524.439
CPam
Floculante de poliacrilamida catiónica lineal
CatMP
Micropolímero catiónico que comprende unidades de acrilamida y N,Ndimetilaminopropilacrilamida (agua en agua) que tiene una carga catiónica del 25 por ciento en moles y una viscosidad reducida superior a 10 dl/g.
P4.913.775
CPam de poliacrilamida catiónica lineal con bentonita como se describe en la patente US4.913.775
PAC
Coagulante de poli(cloruro de aluminio)
ADD
Analizador del drenaje dinámico
VDT
Aparato de medida del drenaje a vacío
CatMPSS
Dispersión de micropolímero catiónico en una solución salina que comprende unidades de acrilamida y acrilato de 2(dimetilamino)etilo que tiene una carga catiónica del 10 por ciento en moles y una viscosidad reducida superior a 10 dl/g.
IMPL
Laponita, un silicato microparticulado hidratado inorgánico
Ejemplo 1
El siguiente ejemplo ilustra las ventajas de usar una combinación de un material silíceo y un micropolímero en
5 dispersión en una solución salina en la producción de papel. El material silíceo es ANNP y el micropolímero en dispersión en una solución salina es ANMP. Los datos son de un estudio realizado en condiciones alcalinas con un cien por cien de composición de fabricación de hojas sueltas sin estucar y sin madera. La composición de fabricación contiene una carga de carbonato cálcico precipitado (CCP) a un nivel del 29 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición de fabricación. La Tabla 1 muestra una lista de las abreviaturas usadas a
10 continuación.
Los datos de retención se expresan en la Figura 2 como las mejoras en porcentaje observadas respecto a un sistema sin tratar para los parámetros de retención de la retención de sólidos en el primer paso (FPR) y la retención de cenizas en el primer paso (FPAR). Para la parte sin PAM del estudio se observa un claro aumento en la eficacia 15 cuando tanto el ANMP como el ANNP se aplican juntos. La mejora del rendimiento es particularmente evidente a las velocidades de aplicación más bajas para estos componentes. Se observa una respuesta similar para la parte de la evaluación que incluía la aplicación de APam. De nuevo, la combinación de ANMP y ANNP en presencia de APam maximiza la respuesta a la retención tanto para la ceniza como para los sólidos totales. Además, los datos muestran que con el programa de combinación de ANMP y ANNP el nivel de APam requerido para obtener un nivel de
20 retención deseado de sólidos totales o ceniza es significativamente inferior a con cualquier aplicación única de ANMP o ANNP. Se desean niveles más bajos de APam cuando se intenta aumentar la retención ya que esto minimizará el impacto negativo en la formación. Esto es un objetivo de calidad primordial de los productos acabados de papel/cartón.
25 Ejemplo 2
El siguiente ejemplo ilustra la ventaja de aplicar un micropolímero en dispersión en una solución salina con sílice coloidal en presencia de poliacrilamida aniónica respecto a la aplicación de un micropolímero en emulsión de aceite en agua con sílice coloidal en presencia de poliacrilamida aniónica según la aplicación descrita por la patente US
30 6.524.439. Los datos son de un estudio realizado en condiciones alcalinas con un 100 por cien de composición de fabricación de hojas sueltas sin estucar y sin madera. La composición de fabricación contiene carga de CCP a un nivel del 13 por ciento en peso.
Los datos en la Figura 3 muestran que la mayor respuesta a la retención se consigue con la aplicación del
35 micropolímero basado en sal y sílice coloidal. La eficacia de la retención de esta composición química es mayor que la aplicación de la emulsión de aceite y agua reticulada descrita por la patente US6.524.439.
Ejemplo 3
40 Los siguientes datos son de un estudio realizado con una composición de fabricación que contiene madera que comprende 70 por ciento en peso de pasta termomecánica (PTM), 15 por ciento en peso de pasta de madera molida y 15 por ciento en peso pasta Kraft blanqueada usada para la producción de papel supercalandrado (SC) en condiciones alcalinas. La composición de fabricación contiene carga de CCP a un nivel del 28 por ciento en peso.
45 Los resultados de este estudio muestran datos tanto de la velocidad de retención como de la de drenaje. Los datos de retención se muestran en la Figura 4, mientras que los datos de velocidad de drenaje se muestran en la Figura 5
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