ES2625421T3 - Papel antiadherente y método de elaboración - Google Patents

Abstract

Un método parta producir un papel base antiadherente, el método comprende, a. Elaborar un papel base antiadherente con un suministro elaborador de papel que tiene una libertad de fibra (CSF) de 180 ml o mayor; b. Presionar el suministro en una red de papel. c. Secar la red presionada; y d. Calandrar la red para formar un papel base antiadherente e. En donde el papel base antiadherente se elabora con celulosa nanofibrilada agregada al papel base antiadherente por medio de al menos uno de: (i) la incorporación del suministro a una concentración de carga de aproximadamente 50 (25 g/kg) a aproximadamente 150 lbs/ton (75 g/kg), y (ii) recubrir sobre la red de papel a una proporción de recubrimiento de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 12 g/m2.

Description

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Papel antiadherente y metodo de elaboracion.

Antecedentes de la invencion

La presente invencion se relaciona de manera general con el campo de la fabricacion de papel y, en particular, con la fabricacion de papeles base antiadherente. Mas especfficamente, la invencion se relaciona con un proceso para incorporar fibras de celulosa nanofibriladas, tambien conocidas como nanofibrilas de celulosa (CNF), en papeles base antiadherentes y papeles antiadherentes hechos mediante este proceso.

Los papeles base antiadherentes son el mas grande mercado de papel de especialidad real, con un tamano de Mercado Global de aproximadamente 34 mil millones de metros cuadrados, igualando a aproximadamente 2,700,000 toneladas (2,449,400 toneladas) de materiales base. Esto incluye tanto papeles antiadherentes como papeles de moldeo y sustratos fflmicos. Norteamerica sola, utiliza mas de 750,000 toneladas (680400 toneladas) de papel y 120,000 toneladas (108,900 toneladas) de pelfcula para base antiadherente en todas las aplicaciones.

Los “papeles antiadherentes” son conocidos en la tecnica como un papel base que tiene una silicona u otro agente de liberacion inerte recubierto sobre la superficie del papel base. En muchas aplicaciones, el papel antiadherente puede servir como un sustrato para una capa secundaria. Ejemplos de sustratos con capas secundarias incluyen, por ejemplo, etiquetas adhesivas sensibles a la presion, y “sustratos de moldeo” para pelfculas polimericas o termoplasticas industriales. En otras aplicaciones, el papel antiadherente se puede utilizar sin una capa secundaria, por ejemplo con ciertos procesos para alimentos, tales como copas para horneado y laminas o intercapas entre alimentos tajados.

Los papeles base antiadherentes requieren resistencia, un acabado muy liso, baja permeabilidad al aire, y un alto grado de resistencia al recubrimiento. Algunas aplicaciones tambien requieren que el papel base antiadherente tenga un alto grado de traslucidez o transparencia. Otras aplicaciones requieren que un sustrato de moldeo permanezca dimensionalmente estable en un amplio rango de temperaturas y humedades con el fin de soportar la exposicion a alta temperatura para curar un recubrimiento antiadherente de silicona de los materiales moldeados sobre la lamina y permanecer planos mientras que el material sensible a la presion (usualmente una etiqueta o senalizacion) es impresa y aplicada al objeto a ser etiquetado o decorado.

Los papeles base antiadherentes con baja permeabilidad al aire pueden ser producidos al utilizar pulpas con libertad muy baja como parte del suministro para elaboracion de papel. Las pulpas con liberacion baja son fuertemente refinadas que retardan la productividad de la maquina de papel al hacer mas lento el drenaje durante el proceso de formacion de lamina, disminuye la estabilidad dimensional del producto final e incrementan los costes de elaboracion, incluyendo mayor energfa de refinacion y uso de energfa de secado. Asf, generando las anteriores propiedades mencionadas en los papeles convencionalmente suministrados se requieren altos niveles del uso de energfa, proporciones operativas de maquinas reducidas, y/o el uso de recubrimientos de contenido de base petroqufmica, que incluyen recubrimientos de extrusion de polietileno, o polipropileno, o pelfculas de base 100% petroqufmica- usualmente un poliester.

Las pelfculas plasticas o los recubrimientos con contenido de base petroqufmica utilizados en la tecnica anterior estan directamente afectados por el precio del petroleo, y como resultado, sus costes estan sujetos a la fluctuacion del precio. Las pelfculas plasticas o los recubrimientos con contenido de base petroqufmica tampoco son facilmente reciclados, ni se pueden desechar con los materiales biodegradables; lo que incrementa adicionalmente los desechos y los costes totales de uso.

Por lo tanto, subsiste la necesidad en la tecnica de un proceso mas eficiente en energfa y costes que suministre la fabricacion de papeles base antiadherentes y sustratos de moldeo, y materiales para facilitar tal proceso.

El documento US5308441 divulga papel que es unicamente adecuado para uso en empaques asepticos para alimentos, bebidas, y similares y es producido por via de un proceso de encolado de dos etapas que comprende una etapa de encolado interno y una etapa de encolado superficial. El encolado interno incluye aproximadamente 1.0% de colofonia anionica y aproximadamente 1.3 a 2.6% de alumbre (basado en el peso de pulpa seca) mezclado con un suministro de almacenamiento de caja de llegada de la maquina de papel controlada con un pH de 4.0 a 4.5. Luego de la formacion de la red y el secado, el tamano superficial se aplica con una composicion que incluye aproximadamente 0.025 a 0.050% de dfmero de alquil ceteno (con base en el peso de la pulpa seca) mezclado con una formulacion de almidon tradicional y suficiente bicarbonato de sodio para tanto neutralizar cualquier alumbre que no haya reaccionado presente cerca de la superficie de la red internamente encolada como para producir un papel que tenga un nivel de pH extrafble con agua de aproximadamente 4.0 a por debajo de 6.0.

El Documento US 2012/094953 divulga un proceso para la produccion de suspensiones de celulosa nanofibrilar a suministrar fibras de celulosa y al menos un relleno y/o pigmento, combinar las fibras de celulosa y al menos un relleno y/o pigmento; y fibrilar las fibras de celulosa en la presencia de al menos un relleno y/o un pigmento, asf como tambien las suspensiones de la celulosa nanofibrilar obtenida mediante este proceso y sus usos.

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De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se suministra un metodo para producir un papel base antiadherente como se establece en la reivindicacion 1 adelante

cuando la celulosa nanofibrilada se agrega al papel base antiadherente por medio de recubrimiento sobre una red parcialmente seca de papel, este se puede recubrir a una proporcion de recubrimiento de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5 g/m2. En cualquier caso, el resto de la fibra de pulpa es fibra menos refinada y puede tener una libertad (CSF) de 200 ml o mas, 250 ml o mas, o aun 300 ml o mas.

En algunas realizaciones, la celulosa nanofibrilada se puede mezclar con un carbohidrato tal como un almidon. El carbohidrato puede ser almidon seleccionado de papa no modificada, mafz, almidones de perla o tapioca, o almidones modificados.

El almidon puede ser primero reticulado para formar un hidrogel antes de agregarse al suministro o recubrimiento.

En algunas realizaciones, el metodo puede incluir una etapa de encolado opcional, pero preferiblemente esta se puede omitir. En algunas realizaciones, el metodo puede incluir una etapa de prerecubrimiento o recubrimiento opcional, pero preferiblemente estas se pueden omitir. El metodo puede ademas recubrir el papel base antiadherente con un agente antiadherente para formar un papel antiadherente. Los agentes antiadherentes tfpicos incluyen una amplia variedad de siliconas como se describe aquf.

Una realizacion de la invencion puede proveer un suministro para producir un papel base antiadherente, el suministro comprende:

a. una pulpa para elaborar papel que tiene una libertad de fibra inicial (CSF) de 180 ml o mayor; y

b. celulosa nanofibrilada a una concentracion de carga de desde 10 a aproximadamente 400 lbs/ton.

Sobre una base porcentual de peso seco, las 10 a 400 lbs/ton (5 a 200 g/kg) de celulosa nanofibrilada representan 0.5% a 20%. El resto de la fibra de pulpa es fibra menos refinada y puede tener una libertad (CSF) de 200 ml o mas, 250 ml o mas, o aun 300 ml o mas. El suministro puede ademas comprender un carbohidrato, tal como un almidon seleccionado de almidones no modificados o modificados. Los almidones no modificados pueden incluir, por ejemplo, papa, mafz, almidones de perla o tapioca. El carbohidrato puede ser una mezcla de almidones (modificados o no modificados) o una mezcla de fuentes. El suministro puede tambien incluir al menos un ingrediente adicional seleccionado de: materiales organicos que incluyen pero no estan limitados a carbohidratos y almidones; y materiales inorganicos que incluyen pero no estan limitados a arcillas y pigmentos.

En otro aspecto, la invencion se relaciona con papeles base antiadherentes novedosos, por ejemplo, la invencion se relaciona con papel base antiadherente elaborado mediante el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1-5 de adelante. Un papel antiadherente fabricado mediante cualquiera de estos metodos puede ser ademas recubierto con un agente antiadherente. Un papel antiadherente se puede fabricar utilizando el suministro de cualquiera de las reivindicaciones 6-9 de adelante, y ademas recubierto con un agente antiadherente. En cada caso, el agente antiadherente incluye un recubrimiento a base de silicona.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invencion, se suministra un papel base antiadherente como se establece en la reivindicacion 13 de adelante.

a. Micrometres

Caracterfsticas opcionales adicionales del papel base antiadherente se establecen en la reivindicacion 14 independiente de adelante.

En una realizacion de la presente invencion, la celulosa nanofibrilada se puede modificar qufmicamente, o mezclar con otros materiales de energfa superficial baja que incluyen materiales inorganicos, producir papeles base antiadherentes que son completamente funcionales sin el subsecuente recubrimiento de silicona.

Es un objetivo de la presente invencion suministrar un recubrimiento antiadherente a base de papel que pueda reemplazar efectivamente papeles base antiadherentes altamente densificados y/o revestimientos polirecubiertos en etiquetado de alta proporcion (que incluye etiquetas de pelfcula clara “sin apariencia de etiqueta”), cintas, aplicaciones medicas tales como parches medicos transdermicos, aplicaciones para la higiene tales como la higiene femenina y bandas, aplicaciones industriales tales como usos en moldeo de pelfcula y artes graficas tales como la senalizacion de camion/bus

Otro objetivo de la presente invencion es reducir los requisitos de peso base para aplicaciones donde se utilizan papeles base antiadherentes, que resultan en mejores rendimientos de material, eficiencias de procesamiento corriente abajo mejoradas y menos material que requiera desecho o reciclado a traves de resistencia de tension mejorada.

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Un objeto adicional de la presente invencion es reducir la demanda de recubrimiento de silicona al mejorar la resistencia del papel antiadherente y suministrar superficies de recubrimiento aun mas homogeneas (lisas) y planas (con mas pocos fosos o vacfos) reducir el uso de material de recubrimiento, los costes y disminuir el consumo de energfa para curado. Esto es significativo ya que los recubrimientos de silicona y los costes de energfa asociados para curarlos representan un gran valor del coste final del papel antiadherente de silicona

Aun otro objetivo de la presente invencion es suministrar mayor estabilidad termica y dimensional comparado con las pelfculas y papeles actualmente utilizados, especialmente importantes en las artes graficas y en las aplicaciones de moldeo

Aun otro objetivo de la invencion actual es suministrar un suministro de drenaje libre que requiera menos energfa, reduzca la necesidad de calandrado, e incremente la productividad en los procesos de elaboracion de papel

Otras ventajas y caracterfsticas son evidentes de la siguiente descripcion detallada

Breve descripcion de los dibujos

Los dibujos que acompanan, incorporados aquf que forman parte de la especificacion, ilustran la presente invencion en varios aspectos y, junto con la descripcion, sirven para explicar los principios de la invencion. En los dibujos, el grosor de las lfneas, capas y regiones se puede exagerar por claridad.

Las Figuras 1 a 4 son graficas de datos, descritos adicionalmente en los ejemplos;

La Figura 5 es una imagen que compara las propiedades de resistencia de un papel de control y experimental;

Las Figuras 6 y 7 son realizaciones alternativas de etapas generalizadas del metodo de elaboracion

Varios aspectos de esta invencion seran evidentes para aquellos expertos en la tecnica de la siguiente descripcion detallada de la modalidad preferida, cuando se lee a la luz de los dibujos que la acompanan.

Descripcion detallada

Al menos que se defina de otra manera, todos los terminos tecnicos y cientfficos utilizados aquf tienen el mismo significado que se entiende comunmente por aquel experto en la tecnica al cual pertenece la invencion. Aunque cualquier metodo y materiales similares o equivalentes a aquellos descritos aquf se pueden utilizar en la practica o ensayo de la presente invencion, los metodos y materiales preferidos se describen aquf

Los rangos numericos, medidas y parametros utilizados para caracterizar la invencion - por ejemplo, grados angulares, cantidades de ingredientes, pesos moleculares de polfmero, condiciones de reaccion (pH, temperaturas, niveles de carga, etc.), dimensiones ffsicas y asf sucesivamente - son necesariamente aproximaciones; y aunque se reportaron tan precisamente como fue posible, ellos contienen inherentemente imprecision derivada de sus mediciones respectivas. Consecuentemente, todos los numeros que expresan rangos de magnitudes como se utilizan en la especificacion y las reivindicaciones se deben entender como siendo modificados en todos los casos por el termino “aproximadamente”. Todos los rangos numericos se entienden por incluir todos los posibles subrangos de incremento dentro de los lfmites exteriores del rango. Asf, un rango de 30 a 90 grados divulga, por ejemplo, 35 a 50 grados, 45 a 85 grados, y 40 a 80 grados, etc.

Materiales Celulosicos

La celulosa, el principal constituyente de “los materiales celulosicos” es el compuesto organico mas comun en el planeta. El contenido de celulosa en algodon es de aproximadamente el 90%; el contenido de celulosa de la madera es de aproximadamente 40-50%, dependiendo del tipo de madera. Los “materiales celulosicos” incluyen fuentes de celulosa nativas, asf como tambien fuentes deslignificadas parcial o completamente. Las pulpas de madera son una fuente comun, pero no exclusiva de materiales celulosicos. Las pulpas de madera se pueden derivar de maderas duras o confferas.

La celulosa es un polfmero derivado de unidades de D-glucosa, que se condensan a traves de enlaces de beta (1- 4)-glicosfdicos. Este motivo de enlace contrasta con aquellos de los enlaces alfa (1-4)-glicosidicos presentes en el almidon, glicogeno y otros carbohidratos. La celulosa es un polfmero de cadena recta: a diferencia del almidon, no ocurre embobinado o ramificacion, y la molecula adopta una conformacion extendida muy similar a una varilla rfgida, ayudada por la conformacion ecuatorial de los residuos de glucosa. Los multiples grupos hidroxilo sobre una molecula de glucosa sobre una cadena forman enlaces de hidrogeno con atomos de oxigeno sobre la misma o una cadena vecina, que mantiene las cadenas de celulosa firmemente juntas lado a lado y forman nanofibrilas. Las nanofibrilas son mantenidas similarmente juntas en fibrilas mayores conocidas como microfibrilas; y las microfibrilas son similarmente mantenidas juntas en manojos o agregados.

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La madera es convertida a pulpa para uso en la fabricacion de papel. La pulpa comprende fibras de madera capaces de ser convertidas en lechada o suspendidas y luego depositadas sobre un tamiz o una superficie porosa para formar una red o lamina de papel. Existen dos tipos principales de tecnicas de pulpeo. El pulpeo mecanico y el pulpeo qufmico. En el pulpeo mecanico la madera es ffsicamente separada en fibras individuales. En el pulpeo qufmico, los pedazos de madera son digeridos con soluciones qufmicas para solubilizar una porcion de la lignina y permitir asf su remocion. Los procesos de pulpeo qufmico comunmente utilizados incluyen: (a) el proceso kraft, (b) el proceso de sulfito, (c) el proceso de soda. Estos procesos no requieren ser descritos aquf ya que ellos estan bien descritos en la literatura, incluyendo Smook, Gary A., Handbook for Pulp & Paper Technologists, TAPPI Press, 1992 (especialmente capftulo 4), y el artfculo: “Overview of the Wood Pulp Industry,” Market Pulp Association, 2007. El proceso kraft es el mas comunmente utilizado e involucra digerir los pedazos de madera en una solucion acuosa de hidroxido de sodio y de sulfuro de sodio. La pulpa de madera producida en el proceso de pulpeo se separa usualmente en una masa fibrosa y se lava. Ella es blanqueada para hacerla blanca y remover la lignina.

Dependiendo del grado de papel deseado, las fibras se pueden ademas moler, macerar, homogenizar o refinar mediante un proceso de triturado mecanico que descompone adicionalmente las fibras. Tales aparatos de molienda son bien conocidos en la industria e incluyen, sin limitacion, batidoras Valley, refinadoras de disco unico, refinadoras de disco doble, refinadoras conicas que incluyen tanto de angulo amplio como de angulo estrecho, refinadoras cilfndricas, homogenizadores, microfluidizadores, y otros dispositivos de molienda similares. Estos dispositivos de molienda mecanica no requieren ser descritos en detalle, aquf, ya que ellos estan bien descritos en la literatura, por ejemplo Smook, Gary A., Handbook for Pulp & Paper Technologists, TAPPI Press, 1992 (especialmente Capftulo 13). La naturaleza del aparato de molido no es crftica, aunque los resultados producidos por cada uno pueden no ser identicos. El TAPPI Estandar T200 describe un procedimiento para procesamiento mecanico de pulpa utilizando una batidora. El proceso de descomposicion mecanica, sin importar el tipo de instrumento, es algunas veces denominado en la literatura como “refinacion”, que se utiliza aquf intercambialmente con molienda

Un “suministro” es la lechada de pulpa que se agrega a la caja de llegada para la elaboracion del papel. El suministro contiene la pulpa celulosica y agua, y se puede combinar con arcilla, pimientos, tintes, ligadores, u otros compuestos organicos o inorganicos o rellenos adecuados para el papel deseado. De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el CNF se puede agregar como parte del suministro.

La libertad es una medicion estandar en la industria del papel y mide la capacidad de las fibras a embeber agua, embeber agua como la drenabilidad del agua desde la pulpa. Mientras que existen multiples metodos para medir la libertad, una medida frecuentemente utilizada es la Libertad Estandar Canadiense o CSF (Metodo de Estandar TAPPI T-227), que es el volumen (en ml) de agua que permanece o es drenable despues de que 3 gramos de pulpa secada al horno se sumergen en un litro de agua a 20 °C. Un mayor CSF significa que menos agua es absorbida y mantenida por la fibra. Las pulpas de maderas duras no refinadas tienen un CSF en el rango de 600 a 500 ml; mientras que las pulpas no refinadas de confferas mantienen menos agua y tienen un CSF en el rango de 760 a 700 ml. En la medida en que las fibras sean refinadas ellas tienden a mantener mas agua y el CSF disminuye. Por ejemplo, como se muestra en el Ejemplo 1, el papel grado hoja suelta no recubierta (UFS) (tfpicamente utilizados para papel de copia) tiene un CSF de aproximadamente 300. En contraste, los papeles mas altamente refinados o densificados como el Kraft SuperCalandrado (SCK) y los papeles grado Glassine corrientemente utilizados como papeles base antiadherentes tienen una libertad CFS inferior en el rango de aproximadamente 170 a 100.

Como se utiliza aquf, el termino “libertad de fibra” se refiere a la libertad inicial de las fibras de pulpa antes de la adicion de cualquiera de las nanofibras de celulosa (CNF). Tfpicamente, la libertad de cada tipo de fibra de pulpa es medida antes de que las fibras sean mezcladas con la pulpa. En contraste, la “libertad de caja de llegada” se refiere a la libertad de todas las fibras de pulpa, que incluyen el CNF, y cualquiera de los pigmentos, ligadores, rellenos de arcilla, y almidones y otros ingredientes mezclados. Entre mayor sea la libertad de la caja de llegada, mas rapido y mas facilmente se podra remover el agua de la red que se forma. Esto, a su vez, ofrece la oportunidad de incrementar las tasas de produccion, reducir el uso de energfa, o la combinacion de ambos, mejorando de esta manera la eficiencia en el proceso. Mientras que la adicion de CNF a menos pulpas refinadas puede disminuir la libertad de la caja de llegada de alguna manera, una ventaja clave del uso de pulpas menos refinada, de alta libertad, es la estabilidad dimensional y otras propiedades ffsicas de los papeles base antiadherentes hechos. Ademas de la estabilidad dimensional mejorada, los papeles base antiadherentes exhiben buena resistencia a la tension y resistencia al corte, y mas baja opacidad.

Propiedades de los papeles base antiadherentes

Los papeles base antiadherentes deben tener ciertas propiedades deseadas. Ellos deben ser dimensionalmente estables y no estar sujetos a encogimiento. Ellos deben ser muy lisos con una superficie homogenea y ellos deben ser muy impermeables al aire. Entre mas densos y menos porosos sean, mayor probabilidad de que ellos sean impermeables y no encontraran transferencia de los recubrimientos secundarios tales como los agentes de liberacion. Las propiedades deseadas, sino estan presentes en el papel “no recubierto” tal como se elaboro, puede algunas veces ser impartida por varias etapas de calandrado, supercalandrado, y/o encolado o recubrimiento. Pero los recubrimientos (incluyendo los encolados) le agregan peso al papel; y las etapas de recubrimiento y calandrado

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pueden agregar coste y/o demora al proceso de elaboracion y son menos que deseables. Serfa preferible si los papeles base que tengan estas propiedades deseables se puedan hacer sin un encolado o recubrimiento significativo, y sin etapas de calandrado o supercalandrado significativas.

Como se utiliza aquf un papel base “no encolado y no recubierto” se refiere al papel base como se hizo sin encolados o prerecubrimientos qufmicos o segundos recubrimientos. Sin embargo, “no encolado y no recubierto” no excluye recubrir con CNF como la realizacion mostrada en la etapa 1.5 de la Fig. 7; ni “no encolado y no recubierto” excluye recubrir el agente de liberacion aplicado en la etapa 1.9 que cambia el “papel base antiadherente” a un “papel antiadherente”

La estabilidad dimensional se refiere a la capacidad de la lamina de papel a mantener sus dimensiones durante el tiempo. Como asunto practico esto se puede medir como encogimiento en longitud o dimensiones a lo ancho expresadas como un porcentaje del valor inicial. La humedad (humedad ambiente) es un contribuyente significativo a la inestabilidad dimensional, y los papeles hechos de pulpas mas altamente refinadas, tales como los papeles antiadherentes SCK y Glassine, tienden a ser mas sensibles a recoger humedad y el consecuente encogimiento y entorchamiento. Idealmente, el encogimiento debe ser menor de aproximadamente 15%, pero objetivos realistas para encogimiento varfan con el nivel de pulpa que se refine como se muestra mediante los datos corridos de produccion en la tabla de adelante. Esta tabla ilustra como los papeles mas altamente refinados son mas sensibles a encogimiento.

Tabla A: Encogimiento Real por el Tipo de Pulpa (Extension de Refinamiento)

Refinamiento o Grado de Pulpa

Encogimiento Promedio % Rango de Encogimiento %

Menos refinado, USF

8.6 5-11

Moderadamente refinado, SCK

10.6 7-14

Altamente refinado, Glassine

13.3 11-15

La suavidad es una medida de la homogeneidad o rugosidad de la superficie de la lamina fibrosa. La medicion estandar de esta propiedad es el Parker Print Surf (PPS) que mide la variabilidad superficial (por ejemplo de picos a valles) en micrometros (pm). Las superficies mas suaves tienen variabilidad mas pequena y menores valores PPS. El estandar TAPPI T-555 explica esta medida en mas detalle. Como se anoto anteriormente, el supercalandrado o calandrado bajo condiciones extremas puede mejorar la densidad y la suavidad, pero es deseable para que un papel no recubierto tenga un valor PPS de menos de aproximadamente 2.0 micrometros o menos de aproximadamente 1.9 micrometros, o menos de aproximadamente 1.8 micrometros, o menos de aproximadamente 1.7 micrometros, o menos de aproximadamente 1.6 micrometros.

La Porosidad Gurley (densidad Gurley) es una medida de la permeabilidad del papel al aire y se refiere al tiempo (en segundos) que requiere un volumen dado de aire (100 cc) para pasar a traves de un area unitaria (1 pulg2 = 6.4 cm2) de una lamina de papel bajo condiciones de presion estandar. Entre mayor el numero, mas baja la porosidad, y mejor el papel para uso de base antiadherente. Como se anoto anteriormente, los recubrimientos pueden mejorar la permeabilidad y la porosidad, pero es deseable para un papel no encolado y no recubierto tener un valor de Porosidad Gurley de al menos aproximadamente 300, o al menos aproximadamente 400, o al menos aproximadamente 500, o al menos aproximadamente 600, o al menos aproximadamente 800, o al menos aproximadamente 1000 segundos.

La densidad aparente a menudo se correlaciona con la porosidad, pero se mide como masa por volumen unitario. En terminos practicos se determina al dividir el peso base (usualmente expresado en lbs/3000 pie2) por el grosor (calibres en milesimas de pulgadas o “mils”) y tfpicamente expresado en lbs. (para 3,000 pie2) por mil para grados de base antiadherente en Norteamerica. Mayor densidad aparente significa menos lamina porosa con mejor control de calibre y una superficie mas dura (importante en cortes de boquilla de etiqueta). Como se anoto anteriormente, el supercalandrado o el calandrado bajo condiciones extremas puede mejorar la densidad y la suavidad, pero es deseable para un papel no recubierto por tener una densidad aparente de al menos aproximadamente 17.8 (1.141x103 kg/m3), o al menos aproximadamente 17.9 (1.147x103 kg/m3)” o al menos aproximadamente 18.0 (1.153x103 kg/m3)” o al menos aproximadamente 18.1 lbs/mil (1.160x103 kg/m3).

La transferencia (y “resistencia”) estan relacionadas con la porosidad (al menos en ausencia de encolados u otros recubrimientos) y se refieren a la resistencia del papel al flujo de un lfquido desde la superficie y a traves de la lamina. Un lfquido oscuro como un tinte rojo neocarmfn o una mancha de tinta se pueden aplicar y despues de unos pocos minutos retirar. La proporcion en que el tinte oscuro penetre el papel se puede estimar sobre el anverso como una medida de la resistencia. Una primera estimacion de la penetracion de resistencia es el cambio relativo en brillo del anverso de la lamina. Esto se puede medir con reflectancia optica como se muestra en el Metodo de Ensayo Estandar TAPPI T-452 (las unidades estan en % relativas a un control blanco) o se pueden estimar como una reduccion % de la reflectancia comparada con un papel no tenido. Una resistencia aceptable para un papel no

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encolado y no recubierto se indica si la perdida de reduccion en reflectancia es menor de aproximadamente 25%, es menor de aproximadamente 20%, menor de aproximadamente 15%, o menor de aproximadamente 10%. Alternativamente, la resistencia se puede estimar como el area % sobre el anverso que es oscurecido por el tinte. La “Grafica de Estimacion de Suciedad” del Metodo de Ensayo TAPPI T-437 es util para este proposito. Las resistencias aceptables para un papel no encolado y no recubierto se muestran mediante la penetracion de menos de aproximadamente 3%, o menos de aproximadamente 2.5%, o menos de aproximadamente 2%, o menos de aproximadamente 1.5% del area opuesta.

La opacidad es una propiedad optica fundamental del papel y se determina por la proporcion de las dos mediciones de reflectancia: La Muestra de Ensayo y el Estandar de reflectancia conocido (por ejemplo, usualmente 89%, Estandar TAPPI T-425). La opacidad se expresa, asf como un valor porcentual. La opacidad de la lamina esta influenciada por el grosor, la cantidad y clase del relleno, grado, blanqueamiento de las fibras y recubrimientos. De nuevo para comparaciones correctas, los ensayos efectuados aquf se refieren a papeles bases antiadherentes no encolados y no recubiertos ya que el calandrado y los recubrimientos pueden impactar facil la opacidad. La opacidad generalmente no es una preocupacion para los papeles comerciales de 50 (22.68 kg) o 60 lbs (27.22 kg) de peso base o mas. Sin embargo, para los papeles que son de 45 lb/3,000 pie2 (73 g/m2) y mas ligeros que son utilizados en aplicaciones de etiquetado, se desea la baja opacidad. La baja opacidad ayuda en la monitorizacion optica cuando una etiqueta ha sido removida (intencionalmente o de otra manera) de su respaldo de papel antiadherente. La opacidad maxima tfpica para papeles de peso mas ligero es de aproximadamente 60%, con opacidades tfpicas que corren en el rango de 55 a 58% para SCK y ligeramente mas bajo para Glassines.

La presente invencion contempla papeles base antiadherentes novedosos que tienen, en el estado no encolado y no recubierto, dos o mas de las propiedades descritas anteriormente, y aun tienen una composicion fibrosa que incluye desde aproximadamente 0.5% a 20% de CNF con base en el peso de la fibra de pulpa total, el resto de la composicion fibrosa es menos refinada. La pulpa menos refinada se refiere aquf no solo a la pulpa UFS, sino a otras pulpas refinadas a no mas de 60% de finos. Por ejemplo, como se muestra en los ejemplos, pulpas UFS menos refinadas mezcladas con 5 a 10% de CNF han producido papeles base antiadherentes no encolados sino recubiertos con unos valores de porosidad Gurley altamente deseables (baja permeabilidad al aire) de 700 o mas y tambien valores de suavidad PPS (S-10) por debajo de 1.7 micrometros y que poseen buena estabilidad dimensional (bajo encogimiento) tambien.

Agentes antiadherentes

La presencia o naturaleza del agente antiadherente no es crftica para la presente invencion, pero se describira brevemente. Los agentes antiadherentes se aplican a los papeles base antiadherentes para formar papeles antiadherentes. Los agentes antiadherentes son generalmente recubrimientos inertes que le permiten a una capa secundaria ser facilmente retirada. Las etiquetas adhesivas sensibles a la presion, tales como las etiquetas para nombres de las etiquetas bien conocidas Avery™ o Dennison™ utilizadas en muchas oficinas de negocio suministran un buen ejemplo de una capa secundaria aplicada a un papel antiadherente. La capa secundaria es la capa misma que, junto con su capa adhesiva, se debe retirar facilmente del respaldo del papel antiadherente.

Mientras que complejos de cromo trivalente con acidos grasos (por ejemplo, Quilon®, desarrollado por DuPont y ahora producido por Zaclon), ciertos fluorocarbonos, y ciertos acrilatos se pueden utilizar como agentes de liberacion, mas de 95% del papel antiadherente actualmente producido utiliza una silicona como agente antiadherente. Las siliconas son los unicos materiales de recubrimiento antiadherente que pueden lograr el muy alto grado de anti adherencia necesaria para, la mayorfa de las aplicaciones sensibles a la presion que cuentan con mas del 93% del mercado del papel antiadherente. Tambien ellas son las mejores con relacion a temas de salud y ambientales.

Los sistemas de recubrimiento de silicona generalmente involucran al menos dos componentes: el material de estructura de silicona y el catalizador. Los materiales de estructura de silicona incluyen acrilatos de silicona (generalmente para cura UV), organopolisiloxanos (Si-O-Si) (el mas comun es el polidimetilsiloxano (PDMS)), y los compuestos de silano- vinilo y Si-hexenilo. Los catalizadores generalmente son compuestos organometalicos, y ellos catalizan una reaccion de adicion (utilizando catalizadores a base de platino o rodio) o una reaccion de condensacion (que utiliza catalizadores a base de estano). Las reacciones de adicion de platino son mas comunes. Otros ingredientes comunmente encontrados en los sistemas de recubrimiento de silicona incluyen:

• un modificador antiadherente, usualmente un material de silicona diferente utilizado para cambiar las caracterfsticas antiadherentes;

• un material “inhibidor” para retrasar la cura de la silicona (por ejemplo, al incrementar la temperatura de cura) y extender la vida util del recubrimiento a una extension practica;

• un promotor de adhesion para mejorar la union entre el recubrimiento y el sustrato (especialmente importante en pelfculas de recubrimiento); y

• para recubrimientos curados con UV, un foto iniciador para iniciar el proceso de curado

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La silicona se puede categorizar con base en su metodo de curado y su vehfculo de suministro. Asf, los agentes de liberacion de silicona pueden ser termicamente curados o curados con radiacion; ellos se pueden suministrar en un solvente organico, una emulsion acuosa o por via de un sistema “sin solvente”. Los sistemas sin solvente ya dominan la mayorfa del mercado de papel antiadherente y estan creciendo en popularidad, ya que son el unico vehfculo de suministro que puede evitar el mecanismo de curado termico. Los recubrimientos sin solventes son tambien mas diffciles desde el punto de vista del sustrato base antiadherente. Con el fin de conseguir viscosidades de recubrimiento adecuadamente bajas, el tamano de la molecula es muy pequeno, incrementando el grado de penetracion en los poros del papel. Asf, la capacidad de la presente invencion a producir mas bajas porosidades es particularmente importante cuando tales materiales de recubrimiento estan involucrados.

Algunos recubrimientos de silicona de ejemplo y fabricantes incluyen Syl-off® (Dow-Corning, Midland, MI), Silcolease® (Bluestar Silicones, East Brunswick, NJ), Tego® (Evonik Goldschmidt Corp., Hopewell, VA) and Dehesive® (Wacker Chemical Corp., Adrian, MI). Cuando se utiliza, el agente de liberacion es generalmente la porcion mas costosa de la estructura, de tal manera que esta se utiliza tan moderadamente como sea posible. Con las innovaciones del papel y encolado, las tasas de recubrimientos de silicona han disminuido gradualmente durante la pasada decada de mas de 1 libra por 3000 pie2 (1.63 g/m2) a menos de esta cantidad. Un rango tfpico ahora es de aproximadamente 0.5 (0.73 g/m2) a aproximadamente 0.9 lbs/3000 pie2(1.46 g/m2) aunque son deseables cantidades inferiores, por ejemplo, de aproximadamente 0.2 (0.32 g/m2) a aproximadamente 0.7 lbs/3000 pie2 (1.14 g/m2).

Nanofibras de celulosa (CNF)

Ya que los materiales celulosicos tales como las pulpas de madera son refinados y molidos, el tamano de las fibras disminuye. Esto se describio anteriormente y se mostro en los ejemplo, en donde el papel UFS menos refinado (por ejemplo 4000 revoluciones de molienda PFI ) es contrastado con los papeles SCK y Glassine que son mas altamente refinados (por ejemplo 7000 y 10,000 revoluciones de molino PFI, respectivamente). Cuando se gasta suficiente energfa en el proceso de molienda, el WO2012/098296A1 resultante entre otros. Tal CNF tiene propiedades unicas, aunque la manera en la cual se hace el CNF no se critica para la presente invencion. La celulosa nanofibrilada es un sinonimo para CNF.

La proporcion de molido se puede monitorizar durante el proceso mediante cualquiera de varios medios. Ciertos instrumentos opticos pueden suministrar datos continuos que se relacionan con las distribuciones de la longitud de fibra y el porcentaje de finos, o de cuales se pueden utilizar para definir puntos finales de la etapa de molido. Tales instrumentos se emplean como probadores estandar en la industria, tales como el Analizador de Longitud de Fibra TechPap Morphi™ en la medida en que la longitud de fibra se disminuye, el porcentaje de finos se incrementa. Como se utiliza aquf “finos” se refiere a fibrilas de 0.2 mm o menos de longitud. Cualquier valor adecuado se puede seleccionar como un punto final para la produccion CNF, por ejemplo, al menos 80 % de finos. Los puntos finales alternativos pueden incluir, por ejemplo 70% de finos, 75% de finos, 85% de finos, 90% de finos, etc. De manera similar, las longitudes de punto final de menos de 1.0 mm o menos de 0.5 mm o menos de 0.1 mm se pueden utilizar, como pueden los rangos utilizar cualquiera de estos valores o los intermedios. Las distribuciones de longitud se pueden examinar como longitud promedio o porcentaje menor que una longitud blanco particular, por ejemplo, una longitud media (50% menor) o cualquier otro decil tal como 90%, 80%, 70%, etc. para cualquier longitud de blanco dada.

La libertad de fibra y la viscosidad de la lechada tambien se pueden utilizar como punto final para monitorizar la efectividad del tratamiento mecanico para reducir el tamano de las fibras de celulosa. Como se anoto, la libertad disminuye con una refinacion creciente. La viscosidad de la lechada se puede medir de cualquier manera conveniente, tal como mediante un viscometro Brookfield en unidades de centipoises o segundos inversos (sec -1).

Variaciones del proceso

En una realizacion de la invencion el CNF se agrega al suministro para elaborar papel y se introduce en la caja de llegada. En referencia ahora a la Figura 6, se agrega celulosa nanofibrilada a un suministro 1.1. que consiste pero no se limita a fibras, minerales, qufmicos, tintes y agua. El suministro junto con la celulosa nanofibrilada es luego extruido como una lechada acuosa sobre un tamiz de malla de alambre 1.2 que rota, utilizando succion desde la parte de abajo con el finde desaguar el suministro 1.1. El suministro 1.1 de celulosa nanofibrilada aun contiene aproximadamente 80% de su agua es luego presurizado 1.3 con el fin de extraer mas agua. El suministro y la celulosa nanofibrilada 1.1 es entonces secada con vapor 1.4 para retirar el resto desaguado del suministro 1.1. El suministro y la celulosa nanofibrilada 1.1. que contiene aun aproximadamente 80% de su agua es luego presionada 1.3 con el fin de extraer mas agua. El suministro y la celulosa nanofibrilada 1.1. son luego secados con vapor 1.4 para retirar el agua restante que aun esta contenida dentro del suministro. El suministro y la celulosa nanofibrilada 1.1. Pueden ser posteriormente encoladas, prerecubiertas o recubiertas 1.5 con el fin, pero no limitadas a almidon, para agregar resistencia al producto de papel final. El suministro y la celulosa nanofibrilada 1.1. es luego suavizada y densificada en la pila 1.6 de la calandria que produce un producto 1.7 de papel. El producto 1.7 de papel base se puede encolar, para recubrirlo o recubrir 1.8 en un segundo momento con materiales inorganicos o de petroleo antes de la aplicacion al recubrimiento 1.9 de silicona

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Cuando se utiliza en el suministro, la dosis de carga o la concentracion del CNF es de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 20% con base en el peso seco de la fibra de pulpa. En terminos de la industria papelera, esto es igual a desde aproximadamente 10 lbs/ton (5 g/kg) a aproximadamente 400 lbs/ton (200 g/kg). En otras realizaciones, la concentracion de carga es de aproximadamente 50 lbs/ton (2.5%) aproximadamente 200 lbs/ton (10%) (100 g/kg)., o desde aproximadamente 75 lbs/ton (3.75 %) (37.5 g/kg) a aproximadamente 150 lbs/ton (7.5 %) (75 g/kg), con base en el peso seco de la fibra de pulpa.

En una realizacion alternativa de la presente invencion mostrada en la Figura 7, la celulosa nanofibrilada no se agrega al suministro 1.1., sino que se agrega como un recubrimiento durante el encolado, prerecubrimiento, o etapa de recubrimiento 1.5. Las etapas restantes de la Figura 7 son esencialmente las mismas que aquellas descritas anteriormente en relacion con la Figura 6.

Cuando se utilizan como un encolado, prerecubrimiento o recubrimiento, la concentracion de CNF o la carga se expresa como peso “agregado” con base en el area de la lamina. La concentracion del recubrimiento CNF es asf de aproximadamente 0.2 g/m2 a aproximadamente 15 g/m2. En otras realizaciones, la concentracion CNF o carga es de aproximadamente 0.5 g/m2 a aproximadamente 10 g/m2 o de aproximadamente 1.0 g/m2 a aproximadamente 5 g/m2.

En una realizacion adicional las nanofibrilas de celulosa (CNF) se pueden utilizar tanto en el suministro como en el encolado, prerecubrimiento o recubrimiento. Esto puede tener el beneficio agregado de reducir la carga o concentracion de CNF a la mitad o mas en cada etapa.

En cualquiera de las realizaciones anteriormente descritas, el uso de celulosa nanofibrilada (CNF) permite la elaboracion de papeles base antiadherentes con grados ligeramente refinados de pulpa, tales como las pulpas de fibras con una libertad CSF de mas de 180, o mas de 200. Ya que se requiere menos molienda de las pulpas de fibra. Segundo, el uso de pulpas de fibras menos refinadas puede mejorar la eficiencia del procesamiento. Aun cuando se agrega CNF al suministro, reduciendo de esta manera la libertad de la caja de llegada, la mayor libertad de partida permite la remocion mas rapida y mas facil del agua y ahorra energfa en las etapas de secado. Tercero, el uso de pulpas de fibra menos refinadas mejora la estabilidad dimensional y evita el desajuste por encogimiento entre los papeles antiadherentes y las capas secundarias aplicadas a esta.

Ventajas adicionale pueden surgir porque las caracterfsticas superficiales mas lisas y la porosidad inferior (permeabilidad al aire) del papel base permiten condiciones de calandrado medias y reducen o eliminan los tamanos superficiales y/o los prerecubrimientos logrando aun un desempeno de recubrimiento de silicona aceptable. Tambien es probable que el uso de silicona reducido sea posibilitado por superficies mas lisas. Una mas baja opacidad del papel antiadherente tambien puede ser ventajosa en la medida en que este permite la deteccion mejorada de cuando se retira la etiqueta durante operaciones de aplicacion de etiquetas de alta proporcion.

Almidones y reticuladores

En algunas realizaciones, el almidon es agregado opcionalmente al suministro o recubrimiento de encolado junto con el CNF. La naturaleza del almidon no es crftica. El almidon, de mafz, papa, tapioca, y almidon de perla son todos almidones adecuados. El almidon puede ser no modificado o modificado y se puede utilizar de manera sencilla o en mezclas o dos o mas de los mismos o diferentes tipos. Ejemplos no limitantes de almidones modificados o derivados incluyen almidon oxidado, tostado, cationico, hidroxietilado, hidroxipropoxilado, carboximetilado, anhfdrido octenil- succinico (OSA). Si una mezcla comprende dos almidones no modificados de diferentes fuentes o dos diferentes tipos de almidon modificado, o un almidon no modificado y uno modificado, la mezcla puede ser variada y virtualmente cualquier proporcion, por ejemplo, proporciones que varfan de 95: 5 a 5: 95.

El almidon, si se utiliza, se puede agregar al CNF en cantidades de aproximadamente 10% a aproximadamente 300% (3X) sobre una base de peso relativa al CNF. En algunas realizaciones, se puede utilizar almidon en cantidades de aproximadamente 50% a aproximadamente 150% con relacion al peso del CNF. En otras realizaciones, el almidon se puede utilizar en cantidades en peso aproximadamente iguales como el CNF.

Si se utilizo almidon, tambien se puede utilizar un reticulador que ayude a enlazar los grupos hidroxilo del almidon con los grupos hidroxilo de las nanofibrilas de celulosa y puede asf formar geles. Tales reticuladores son bien conocidos y no requieren ser descritos en detalle. Muchos reticuladores utiles son termicamente curados y se benefician de una breve etapa de calentamiento (consistente con las recomendaciones del fabricante) que ayuda a la reticulacion. Uno de tales reticuladores es el CereGel™ A, Cerealus, LLC, Waterville, ME. El reticulador, cuando se utiliza puede estar presente en una cantidad de aproximadamente 3% a aproximadamente 10%; o de aproximadamente 4% a aproximadamente 9%; o de aproximadamente 5% a aproximadamente 8%, en cada caso con base en el peso del almidon. Los almidones y los reticuladores son ingredientes opcionales en la mezcla de CNF si se agregan como un suministro o como un recubrimiento, como se describe con mas detalle aquf.

Usos industriales de los papeles base antiadherentes

Los papeles base antiadherentes, como su nombre lo implica, sirven como una base para la cual se agrega un recubrimiento de un agente de liberacion para formar un “papel antiadherente”. Los papeles antiadherentes, a su vez, sirven como un sustrato para una capa secundaria en muchas aplicaciones. Ejemplos de sustratos con capas

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secundarias incluyen, por ejemplo, las etiquetas adhesivas sensibles a la presion, tales como las etiquetas para nombres de las bien conocidas etiquetas Avery™ o Dennison™ utilizadas en muchas oficinas de negocios, asf como tambien los “sustratos de moldeo” para pelfculas polimericas o termoplasticas industriales. En otras aplicaciones, el papel antiadherente se puede utilizar sin una capa secundaria, por ejemplo con ciertos procesos de alimentos, tales como copas de horneado y laminas o intercapas entre los alimentos tajados.

EJEMPLOS

Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar adicionalmente la invencion. A lo largo de todos los ejemplos y en esta solicitud, los estandares TAPPI se refieren al estandar publicado por la asociacion tecnica de la industria de pulpa y papel, y a las versiones corrientes al momento de la presentacion

Ejemplo 1: Papeles base antiadherentes hechos con nanofibrilas de celulosa

Este ejemplo demuestra el metodo mejorado de producir papeles base antiadherentes de acuerdo a los metodos de la invencion.

El grado de sinergia de la pulpa del norte kraft blanqueada, producida por Sappi Fine Papers Norte America es una mezcla de 85% kraft de madera dura y 15% de pulpa kraft de madera blanda, se refino en un refinador de laboratorio PFI. El grado de refinacion es un parametro clave para producir los mayores grados de papel. Los papeles antiadherentes, tales como la base antiadherente Kraft Supercalandrada (SCK) y la base Glassine tipicamente utilizan suministros que contienen fibras altamente refinadas comparadas con las refinadas en un refinador de laboratorio PFI. El grado de refinacion es un parametro clave para producir los mayores grados de papel. Los papeles antiadherentes, tales como la base antiadherente Kraft Supercalandrada (SCK) y la base Glassine tipicamente utilizan suministros que contienen fibras altamente refinadas comparadas con los papeles de publicacion, tales como el de Lamina Libre no Recubierta (UFS). Los niveles de refinacion relativos tipicamente utilizados para estos grados de papel se anotan en la Tabla 1. Las muestras de fibras se recolectaron despues de 4,000, 7,000 y 10,000 revoluciones en el refinador PFI, que corresponde respectivamente a los papeles grado UFS, SCK y Glassine. Estas muestras de fibra produjeron pulpas con libertades de fibra de 295 ml, 165 ml y 105 ml, respectivamente, medidas mediante el Metodo Estandar TAPPI T-227 de la medicion de la libertad Estandar Canadiense de la pulpa. Muestras de las laminas manuales A, B y C se produjeron de estas muestras de pulpa de acuerdo con el Metodo de TAPPI T-205, pero es un peso base de 60lbs/3000 pies2 (97.6 g/m2).

Las fibras refinadas a 4000 revoluciones en el refinador PFI (grado UFS) tambien fueron mezcladas con nanofibrilas (CNF) de celulosa de acuerdo con una realizacion de la invencion. El CNF se produjo en la planta piloto de nanofibrila de celulosa en la universidad de Maine. La pulpa de sinergia se proceso hasta que el contenido de finos fue de 90% sobre la base de longitud- peso medida por el analizador de fibra Morphi TechPap.

Para la muestra D, se agrego CNF a la pulpa refinada a una concentracion de carga de 100 lbs/ton (ppt) (50 g/kg) de fibra seca. Para las muestras CNF se mezclo en CNF con una cantidad igual en peso de almidon. El almidon fue una mezcla de 80% de almidon de mafz de perla no modificado y 20% de almidon de mafz cationico, ambos fabricados por Tate & Lyle, Decatur IL. El CNF y la mezcla de almidon, el 3% de los solidos, se calento a aproximadamente 200° F (93.3 grados Celcius) durante 30 minutos, cocinando completamente el almidon. Un agente de reticulacion, el CereGel A, Cerealus, LLC, Waterville, ME, se agrega a la mezcla bajo agitacion moderada a una proporcion de 7% en peso con base en la masa del almidon en la mezcla. Esta mezcla final fue entonces utilizada como un aditivo de suministro a 100 (Muestra E) (50 g/kg) o 200 (Muestra F) lbs/ton (100 g/kg) de fibra.

[0068]Las laminas manuales A a F se produjeron de seis conjuntos de suministros como se listo en la Tabla 1. No se aplicaron encolados o prerecubrimientos de superficie. Una lista de las propiedades determinada para cada conjunto de ensayo, y una referencia a los metodos de ensayo espedficos utilizados, se lista en la Tabla 2.

Tabla 1: Lista de laminas Manuales Producidas

Id de la Muestra

Descripcion de la Muestra Nivel de Refinacion PFI revs Carga CNF, ppt Carga de almidon, CNF, ppt Comentario

A

refinacion UFS 4000 0 0 Nivel de refinacion UFS tfpico

B

Refinacion SCK 7000 0 0 Nivel de refinacion SCK tfpico

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Id de la Muestra

Descripcion de la Muestra Nivel de Refinacion PFI revs Carga CNF, ppt Carga de almidon, CNF, ppt Comentario

C

Refinacion Glassine 10000 0 0 Nivel de refinacion Gassine tfpico

D

UFS 100 ppt CNF 4000 100 0

E

UFS 100 PPT CNF-almidon 4000 0 100

F

UFS 200 ppt CNF-almidon 4000 0 200

Tabla 2: Propiedades ensayadas

Propiedad

Unidades Metodo de Ensayo Estandar TAPPI

Densidad Aparente

Lbs/0.001 pulgadas T-220

Porosidad Gurley

Segundos/100 cc de aire T-460

Suavidad

Micrometros, 10 kg de presion de fijacion, respaldo suave T-555

Encogimiento

% T-476

Opacidad

% T-425

Los datos del Ejemplo 1 se presentan en las Figuras 1 a 4 y la Tabla 3 adelante. Los primeros tres puntos de datos en la Figura 1 muestran que en la medida en que la refinacion se incrementa 4,000 a 10,000 revoluciones PFI la porosidad del papel disminuye significativamente, tal como se representa al incrementar la Porosidad Gurley. Cuando se agregan nanofibrilas de celulosa a las fibras ligeramente refinadas (4,000 revoluciones PFI) a 100 ppt (50 g/kg) (Muestra D), la porosidad del papel disminuye a un nivel en el rango SCK y los papeles antiadherentes de Glassine. En otra realizacion de la invencion, el CNF tratado con almidon agregado entonces al suministro disminuyo adicionalmente la porosidad del (es decir, mas alta Porosidad Gurley) y, a la carga de 200 ppt (100 g/kg) (Muestra F), esta mas alla del nivel logrado por los niveles de refinacion Glassine (10,000 revoluciones PFI ). Notese que debido a la combinacion de peso igual, 200 ppt (100 g/kg) de CNF- almidon (Muestra F) contiene la misma cantidad de CNF como 100 ppt (50 g/kg) de CNF solo (Muestra D).

La densidad de la lamina es tambien una propiedad importante para los papeles base antiadherentes. La pulpa altamente refinada ha sido tradicionalmente utilizada para lograr densidades de laminas altas requeridas para los papeles base antiadherentes. La Figura 2 muestra el impacto que la refinacion tiene sobre la densidad de la lamina, medida mediante la densidad aparente, y como la adicion de CNF a papel menos refinado puede desarrollar densidades de lamina comparables con las refinaciones SCK (7,000 revoluciones PFI), aun con pulpa ligeramente refinada. La Figura 2 tambien muestra que la adicion del almidon CNF a pulpa ligeramente refinada puede incrementar la densidad de la lamina mas alla de aquella lograda con niveles muy altos de refinacion (10,000 revoluciones PFI).

Otra ventaja de esta invencion es la estabilidad dimensional mejorada, medida mediante encogimiento de lamina que esta inversamente relacionada con la estabilidad dimensional. Las pulpas altamente refinadas como la SCK y la Glassine generalmente tienen mas pobre estabilidad dimensional que las pulpas menos refinadas como la UFS. Esto es importante en aplicaciones de etiquetas donde la lamina de cara es generalmente producida con fibras ligeramente refinadas, similares a aquella de la UFS, mientras que la base antiadherente se produce con pulpa altamente refinada para generar la densidad de lamina de alta y baja porosidad, creando un desfase de encogimiento potencial. La Figura 3 muestra como se incrementa el encogimiento de la lamina rapidamente con la refinacion creciente. La adicion de CNF con o sin adicion de almidon, para pulpa ligeramente refinada incrementa el encogimiento de lamina, pero menor de refinarla sola, resulta en un papel base antiadherente que contiene CNF que es mas estable dimensionalmente que la tecnica anterior. Este hecho se demuestra mediante los datos. Aunque los

valores % de encogimiento difieren un poco de aquellos de la Tabla A, se cree que esto se debe a la naturaleza de lamina manual de estas muestras preparadas en lmeas piloto mas lentas en lugar de los productos comercialmente producidos.

La suavidad de la superficie del papel es otra propiedad importante de los papeles antiadherentes. Una superficie 5 suave generalmente requiere que sea aplicada menos silicona para impartir las caractensticas necesarias antiadherentes y el desempeno de uso final. La silicona es el componente mas costoso en los papeles antiadherentes y por lo tanto su uso eficiente es cntico para controlar los costes de elaboracion. La refinacion no es solo muy efectiva para controlar la suavidad del papel en un rango bajo de libertad corrientemente utilizado en la elaboracion de papeles base antiadherentes, como se evidencia mediante la Figura 4. Sin embargo, la adicion de 10 nanofibrilas de celulosa, con y sin adicion de almidon, se encontro que mejora significativamente la suavidad (es decir, la Suavidad de la Superficie de Impresion Parker Inferior del papel base antiadherente.)

La opacidad de los papeles tambien se reduce utilizando el CNF y las formulaciones de almidon de CNF de la presente invencion.

Este efecto es modesto, sin embargo, en los pesos de base mayor de estas laminas manuales.

15 Los datos seleccionados de varios de los papeles de ensayo no recubiertos del Ejemplo 1 se recolectan en la Tabla 3.

Tabla 3: Datos Seleccionados del Ejemplo 1

ID de Muestra

Descripcion de la Muestra Densidad Aparente (lbs/mil) (kg/m) Porosidad de Gurley (seg) Suavidad PPS- 10 (micrometros) Encogimiento (%) Opacidad (%)

A

Refinacion UFS 17.6 (314300) 120 1.89 4.26

B

Refinacion SCK 18.0 (321443) 438 1.90 5.61 73.40

C

Refinacion Glassine 18.3 (326800) 1262 2.00 6.30

D

UFS 100 ppt CNF 18.0 (321443) 739 1.63 5.12 73.18

E

UFS 100 PPT CNF-almidon 18.0 (321443) 531 1.68 4.94 72.28

F

UFS 200 ppt CNF-almidon 18.5 (330372) 1580 1.60 5.12 72.02

Ejemplo 2: Desempeno de los papeles antiadherentes

20 Este ejemplo demuestra el desempeno mejorado de los papeles de base antiadherente producidos de acuerdo con la invencion.

Dos papeles de base antiadherentes se produjeron en la maquina de papel piloto en la Universidad de Maine. Ambos papeles se produjeron de una mezcla de 30% de pulpa kraft de madera suave blanqueada del norte y 70% de pulpa kraft de madera dura blanqueada del norte y a un peso basico nominal de 50 lbs/3000 pie2 (81.4 g/m2). El 25 primer papel, Control Marcado en la Tabla 3, se hizo de un suministro de fibra que estaba fuertemente refinado dando como resultado una libertad de caja de llegada de 95 ml (Metodo Estandar TAPPI T-227 Libertad Estandar Canadiense). El segundo papel, marcado CN200 en la Tabla 3, se hizo de acuerdo a una realizacion de la invencion en la cual la mezcla CNF-almidon, (como se describio en el Ejemplo 1 anterior) se agrego al suministro de fibra en la proporcion de carga de 200 lbs/ton (100 g/kg) de fibra. La pulpa kraft fue mucho menos refinada que aquella 30 utilizada para la elaboracion del papel de control, que dio como resultado una libertad de caja de llegada de 200 ml. La libertad de caja de llegada superior le permite al agua ser retirada de la red formadora mas facilmente y ofrece la oportunidad de incrementar la proporcion de produccion, reducir el uso de energfa o la combinacion de ambas. Estos dos papeles, a los cuales no se le aplico encolado de superficie o prerecubrimientos, fueron entonces calandrados con lmea de union suave caliente con una lmea de union unica por lado a 180 grados Fahrenheit (82.2 35 grados Celcius) y 500 (87.6 N/mm), 1,500 (262.69 N/mm) y 3,000 libras/pulgada lineal (pli) (525.38 N/mm).

Los resultados de ensayo de los dos papeles base antiadherentes no recubiertos se dan en la Tabla 3. Todos los ensayos se efectuaron de acuerdo con los Metodos de Ensayo Estandar TAPPI referenciados en el Ejemplo 1. El modo de liberacion hecho de acuerdo con la invencion mostro una densidad de lamina mejorada, porosidad uy estabilidad dimensional sobre el papel de control aun con menos refinacion de la pulpa Kraft que resulta en mayor 5 libertad de caja de llegada.

Tabla 3: Resultados de Ensayo de Los Papeles Base

Propiedad

Control CN 200

Densidad Aparente (lb/0.001 pulgadas) (kg/m3)

14.0 (8.97x102) 14.2 (9.10x102)

Propiedad

Control CN 200

Porosidad Gurley (Segundos/100 cc de aire)

300 700

Encogimiento (%)

7.5 7.2

Ambos papeles de base antiadherente fueron entonces recubiertos superficialmente con silicona de cura termica a un peso de recubrimiento de 0.71 lbs/3000 pie2 (1.16 g/m2) y curados. Una mancha de tinte neocarmfn se aplico 10 entonces a la superficie de silicona durante aproximadamente 2 minutos y luego se retiro. La cantidad de mancha que se muestra a traves del anverso del papel es una indicacion de la capacidad de evitar que el adhesivo traspase “el papel antiadherente”. El recubrimiento de silicona y/o la transferencia de adhesivo es la principal fuente de los problemas de uso finales, particularmente en aplicaciones de etiqueta sensibles a la presion.

El papel base de antiadherente que contiene CNF- almidon producido de acuerdo con la invencion demostro una 15 capacidad notoria y no esperaba para evitar que el tenido de ensayo penetre el papel antiadherente recubierto con silicona comparado con el papel de control. (Ver Figura 5). El brillo del papel de control como se midio utilizando El Metodo de Ensayo Estandar TAPPI T-452, fue solamente de 29.7% comparado con 77.5% para el papel CN200 indicando que mucho mas del Metodo de Ensayo TAPPI T-437. Se determino que el area penetrada fue 2.7 veces mayor para la lamina de control comparado con la muestra que contiene CNF- almidon (3.2% de penetracion vs. 20 1.2% de penetracion).

Claims (14)

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   1. Un metodo parta producir un papel base antiadherente, el metodo comprende,

   a. Elaborar un papel base antiadherente con un suministro elaborador de papel que tiene una libertad de fibra (CSF) de 180 ml o mayor;

   b. Presionar el suministro en una red de papel.

   c. Secar la red presionada; y

   d. Calandrar la red para formar un papel base antiadherente

   e. En donde el papel base antiadherente se elabora con celulosa nanofibrilada agregada al papel base antiadherente por medio de al menos uno de: (i) la incorporacion del suministro a una concentracion de carga de aproximadamente 50 (25 g/kg) a aproximadamente 150 lbs/ton (75 g/kg), y (ii) recubrir sobre la red de papel a una proporcion de recubrimiento de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 12 g/m2.
2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde dichas celulosa nanofibrilada se mezcla con un carbohidrato tal como almidon para ayudar en la dispersion dentro del suministro.
3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en donde dichas celulosa nanofibrilada es primero reticulada para formar un hidrogel antes de ser agregada al suministro.
4. 4. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas recubrir el papel base antiadherente con el agente antiadherente para formar un papel antiadherente.
5. 5. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la celulosa nanofibrilada se agrega al papel base antiadherente por medio de recubrirlo sobre una red parcialmente secada de papel a una proporcion de recubrimiento de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 5 g/m2.
6. 6. Un suministro para producir un papel base antiadherente, el suministro comprende:

   a. Una pulpa elaboradora de papel que tiene una libertad de fibra inicial (CSF) de 180 ml o mayor; y

   b. Celulosa nanofibrilada a una concentracion de carga de desde 10 (5 g/kg) a aproximadamente 400 lbs/ton (200 g/kg)
7. 7. El suministro de la reivindicacion 6, en donde dichas celulosa nanofibrilada se pre mezcla con un carbohidrato tal como almidon para ayudar en la dispersion dentro del suministro.
8. 8. El suministro de la reivindicacion 7, en donde el almidon se selecciona de papa no modificada, mafz, almidones de perla o tapioca, o almidones modificados.
9. 9. El suministro de la reivindicacion 7, en donde dicha celulosa nanofibrilada se reticula primero para formar un hidrogel antes de ser agregada al suministro.
10. 10. Un papel base antiadherente elaborado mediante el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
11. 11. Un papel antiadherente fabricado mediante el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, recubierto ademas con un agente antiadherente.
12. 12. Un papel antiadherente fabricado utilizando el suministro de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, y ademas recubierto con un agente antiadherente.
13. 13. Una base de papel antiadherente que comprende una composicion fibrosa que incluye desde aproximadamente 0.5% a 20% de nanofibrilas de celulosa (CNF) con base en el peso seco de la composicion fibrosa, el resto de la composicion fibrosa es papel de pulpa menos refinado, caracterizado porque, cuando no se encola ni se recubre, este tiene al menos dos de las siguientes propiedades:

    a. una Porosidad Gurley de al menos 300 segundos;

    b. una estabilidad dimensional caracterizada por el encogimiento menor de 10%;

    c. una suavidad PPS (S-10) menor de aproximadamente 2 micrometres;

    d. una densidad aparente de al menos aproximadamente 18.0; y

    e. una resistencia caracterizada por una penetracion de tinte oscuro de (i) no mas de aproximadamente 3% del area lateral del anverso tenida mediante tinte en un ensayo de estimacion de suciedad; o (ii) una reduccion en la reflactancia o brillo de no mas de aproximadamente 20%
14. 14. Un papel base antiadherente de acuerdo con la reivindicacion 13, caracterizado por tener 5 a. las propiedades de porosidad y de suavidad;

    b. Las propiedades de porosidad y estabilidad dimensional;

    c. las propiedades de resistencia y suavidad; o

    d. la porosidad de al menos 400 segundos.