ES2633188T3 - Papel y procedimiento de fabricación de papel - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para fabricar papel, que comprende tratar una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de resina polimérica funcionalizada con aldehído con respecto a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es de 1:1 o más, y en la que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un contenido en azetidinio de un 80 % o menos.

Description

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de poliamidoamina-epihalohidrina, donde la proporción de la resina polimérica funcionalizada con aldehído con respecto a la resina de poliamidoamina-epihalohidrina es aproximadamente de 1:1 o más. En algunos modos de realización, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un contenido en azetidinio de aproximadamente un 80 % o menos. En algunos modos de realización, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel total de epiclorhidrina y sus subproductos (AOX) de aproximadamente 400 ppm o menos. En algunos modos de realización, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un contenido en azetidinio de aproximadamente un 80 % o menos y la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel total de epiclorhidrina y subproductos (AOX) de aproximadamente 400 ppm o menos.
Como se mencionó anteriormente, las resinas con resistencia a la humedad a base de epiclorhidrina comercialmente disponibles se preparan mediante la reacción de epiclorhidrina en solución acuosa con polímeros que contienen grupos amino secundarios e incluyen altos niveles de epiclorhidrina y sus subproductos (p. ej., 1000 ppm o más). Dado que la epiclorhidrina y sus subproductos se consideran contaminantes ambientales, se necesitan alternativas a las resinas con resistencia a la humedad a base de epiclorhidrina comercialmente disponibles.
En los modos de realización ejemplares descritos en el presente documento, controlando cuidadosamente la proporción epi/amina de la resina de poliamidoamina-epihalohidrina, y/o el contenido en azetidinio de la resina de poliamidoamina-epihalohidrina, se puede producir una resina de poliamidoamina-epihalohidrina que tiene cantidades muy bajas de epihalohidrina y otros subproductos haloorgánicos.
Estos tipos de resinas de poliamidoamina-epihalohidrina se pueden usar en una etapa de crepado de fabricación de papel como un adhesivo de crepe. Sin embargo, el adhesivo de crepe se usa como adhesivo entre una banda de papel y un cilindro y no incluye la resina polimérica funcionalizada con aldehído. Por lo tanto, el adhesivo de crepe se usa en una etapa completamente separada y distinta del proceso de fabricación de papel y para un fin completamente diferente de los modos de realización ejemplares de la presente divulgación.
En un modo de realización ejemplar, el papel se puede formar mediante el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina (p. ej., resina de poliamidoamina-epiclorhidrina (PAE)).
En un modo de realización ejemplar, la resina polimérica funcionalizada con aldehído se puede producir haciendo reaccionar un polímero que incluye uno o más grupos hidroxilo, amina o amida con uno o más aldehídos. En un modo de realización ejemplar, la resina polimérica funcionalizada con aldehído polimérico puede comprender poliacrilamidas glioxiladas, celulosa rica en aldehído, polisacáridos con funcionalidad aldehído o almidones catiónicos, aniónicos o no iónicos con funcionalidad aldehído. Materiales ejemplares incluyen los descritos en la patente de EE. UU. n.º 4.129.722. Un ejemplo de un almidón con funcionalidad aldehído catiónico soluble comercialmente disponible es Cobond® 1000 comercializado por National Starch. Otros polímeros funcionalizados con aldehídos ejemplares pueden incluir polímeros de aldehído tales como los divulgados en la patente de EE. UU. n.º 5.085.736; la patente de EE. UU. n.º 6.274.667 y la patente de EE. UU. n.º 6.224.714; así como los del documento WO 00/43428 y la celulosa con funcionalidad aldehído descrita en los documentos WO 00/50462 A1 y WO 01/34903 Al.
En un modo de realización ejemplar, las resinas poliméricas con funcionalidad aldehído pueden tener un peso molecular de aproximadamente 10.000 Da o mayor, aproximadamente 100.000 Da o mayor, o aproximadamente
500.000 Da o mayor. De forma alternativa, las resinas poliméricas con funcionalidad aldehído pueden tener un peso molecular inferior a aproximadamente 200.000 Da, tal como inferior a aproximadamente 60.000 Da.
En un modo de realización ejemplar, otros ejemplos de polímeros funcionalizados con aldehído pueden incluir guar de dialdehído, aditivos de resistencia a la humedad con funcionalidad aldehído que comprenden, además, grupos carboxílicos como se divulga en el documento WO 01/83887, inulina de dialdehído y las poliacrilamidas aniónicas y anfóteras modificadas con dialdehído del documento WO 00/11046. Otro polímero funcionalizado con aldehído ejemplar es un tensioactivo que contiene aldehído tal como el divulgado en la patente de EE. UU. n.º 6.306.249.
Cuando se usa en un modo de realización ejemplar, el polímero funcionalizado con aldehído puede tener al menos aproximadamente 5 miliequivalentes (meq) de aldehído por 100 gramos de polímero, más específicamente, al menos aproximadamente 10 meq, más específicamente, aproximadamente 20 meq o más, o más específicamente, aproximadamente 25 meq, por 100 gramos de polímero o más.
En un modo de realización ejemplar, el polímero funcionalizado con aldehído polimérico puede ser una poliacrilamida glioxilada, tal como una poliacrilamida catiónica glioxilada como se describe en la patente de EE. UU. n.º 3.556.932, la patente de EE. UU. n.º 3.556.933, Patente de EE.UU. n.º 4605702, Patente de EE.UU. n.º 7828934 y la solicitud de patente de EE. UU. 20080308242. Dichos compuestos incluyen FENNOBOND™ 3000 y PAREZ™ 745 de Kemira Chemicals de Helsinki, Finlandia, HERCOBOND™ 1366, fabricado por Hercules, Inc. de Wilmington, Del.
En un modo de realización ejemplar, el polímero funcionalizado con aldehído es una resina de poliacrilamida glioxilada que tiene la proporción del número de grupos glioxal sustituidos con respecto al número de grupos amida reactivos con glioxal que está en exceso de aproximadamente 0,03:1, que está en exceso de aproximadamente
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En un modo de realización ejemplar, el polímero funcionalizado con aldehído puede ser una resina de poliacrilamida glioxilada que tiene un esqueleto de poliacrilamida con una proporción molar de acrilamida con respecto a cloruro de dimetildialilamonio de aproximadamente 99:1 a 50:50, aproximadamente 98:1 a 60:40, o aproximadamente 96:1 a
75:25. En un modo de realización ejemplar, el peso molecular promedio en peso del esqueleto de poliacrilamida puede ser de aproximadamente 250.000 Da o menos, de aproximadamente 150.000 Da o menos, o de aproximadamente 100.000 Da o menos. La viscosidad Brookfield del esqueleto de poliacrilamida puede ser de aproximadamente 0,01 a 10 Pa·s, de aproximadamente 0,025 a 5 Pa·s, de aproximadamente 0,05 a 2 Pa·s, para una disolución acuosa al 40 % en peso.
En un modo de realización ejemplar, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina se puede preparar haciendo reaccionar una o más polialquilenpoliaminas y uno o más ácidos policarboxílicos y/o compuestos derivados de un ácido policarboxílico para formar una poliamidoamina y luego hacer reaccionar la poliamidoamina con epihalohidrina para formar la resina de poliamidoamina-epihalohidrina. Los reactivos se pueden calentar a una temperatura elevada, por ejemplo, de aproximadamente 125 a 200 ºC. Los reactivos se pueden dejar reaccionar durante un tiempo predeterminado, por ejemplo, de aproximadamente 1 a 10 horas. Durante la reacción, se puede recoger agua de condensación. Se puede permitir que la reacción avance hasta que la cantidad teórica de destilado de agua se recoge de la reacción. En un modo de realización ejemplar, la reacción se puede llevar a cabo a presión atmosférica.
En diversos modos de realización, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina y la preparación de la resina de poliamidoamina-epihalohidrina puede ser como se describe en una o más de las patente de EE. UU. n.º 2.926.116, 2.926.154, 3.197.427, 3.442.754, 3.311.594, 5.171.795, 5.614.597, 5.017.642, 5.019.606, 7.081.512, 7.175.740, 5.256.727, 5.510.004, 5.516.885, 6.554.961, 5.972.691, 6.342.580 y 7.932.349, y la solicitud de patente publicada de EE. UU. 2008/0255320, en las que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina funciona y tiene las características (p. ej., el nivel total de AOX, el contenido en azetidinio, etc.) descritas en el presente documento, y la mezcla producida usando las funciones de resina de poliamidoamina-epihalohidrina y tiene las características descritas en el presente documento.
En un modo de realización ejemplar, la poliamina puede incluir un amonio, una amina alifática, una amina aromática
o una polialquilenpoliamina. En un modo de realización ejemplar, la polialquilenpoliamina puede incluir una polietilenpoliamina, una polipropilenpoliamina, una polibutilenpoliamina, polipentilenpoliamina, una poliexilenpoliamina o una mezcla de las mismas. En un modo de realización ejemplar, la poliamina puede incluir etilendiamina (EDA), dietilentriamina (DETA), trietilentetramina (TETA), tetraetilenpentamina (TEPA), dipropilentriamina (DPTA), bis-hexametilentriamina (BHMT), N-metilbis(aminopropil)amina (MBAPA), aminoetilpiperazina (AEP), pentaetilenhexamina (PEHA) o una mezcla de las mismas.
En modos de realización alternativos, la reacción puede avanzar bajo una presión reducida. Cuando se emplea una presión reducida, se puede utilizar una temperatura menor de aproximadamente 75 ºC a 180 ºC. Al final de esta reacción, el producto resultante se puede disolver en agua a una concentración de aproximadamente un 20 a un 90 % en peso de sólidos poliméricos totales, o de aproximadamente un 30 a un 80 % en peso de sólidos poliméricos totales, o de aproximadamente un 40 a un 70 % en peso de sólidos poliméricos totales. En la preparación de las poliamidoaminas, la proporción molar de la poliamina con respecto al ácido policarboxílico y/o derivado de ácido policarboxílico puede ser de aproximadamente 1,05 a 2,0.
En un modo de realización ejemplar, el ácido policarboxílico y/o los derivados de ácido policarboxílico del mismo (p. ej., un éster del ácido policarboxílico, un haluro de ácido del ácido policarboxílico, un anhídrido de ácido del ácido policarboxílico y similares) pueden incluir ácido malónico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido azelaico, ácido cítrico, ácido tricarbalílico (ácido 1,2,3-propanotricarboxílico), ácido 1,2,3,4-butanotetracarboxílico, ácido nitrilotriacético, N,N,N',N'-etilendiaminotetraacetato, ácido 1,2-ciclohexanodicarboxílico, ácido 1,3-ciclohexanodicarboxílico, ácido 1,4-ciclohexanodicarboxílico, ácido ftálico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido 1,2,4-bencenotricarboxílico (ácido trimelítico), ácido 1,2,4,5-bencenotetracarboxílico (ácido piromelítico), un éster carboxilato de cualquiera de estos, un haluro de ácido de cualquiera de estos, un anhídrido de ácido de cualquiera de estos o una mezcla de los mismos.
En un modo de realización ejemplar, un éster de ácidos policarboxílicos puede incluir adipato de dimetilo, malonato de dimetilo, malonato de dietilo, succinato de dimetilo, glutarato de dimetilo y glutarato de dietilo. En un modo de realización ejemplar, el anhídrido de ácido puede incluir anhídrido succínico, anhídrido maleico, dianhídrido de N,N,N',N'-etilendiaminotetraacetato, anhídrido ftálico, anhídrido melítico, anhídrido piromelítico o una mezcla de los mismos. En un modo de realización ejemplar, el haluro de ácido puede incluir cloruro de adipoilo, cloruro de glutarilo, cloruro de sebacoílo o una mezcla de los mismos.
En un modo de realización ejemplar, la poliamidoamina puede tener una proporción molar de polialquilenpoliamina con respect a ácido dicarboxílico de aproximadamente 2:1 a 0,5:1, aproximadamente 1,8:1 a 0,75:1, o aproximadamente 1,6:1 a 0,85:1.
En un modo de realización ejemplar, la resina de poliamidoamina puede tener una viscosidad específica reducida de aproximadamente 0,02 dl/g a 0,25 dl/g, aproximadamente 0,04 dl/g a 0,20 dl/g, o aproximadamente 0,06 dl/g a 0,18
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dl/g. La viscosidad específica reducida (RSV) se puede medir usando un viscosímetro capilar de vidrio a 30 ºC. El tiempo de eflujo de cada muestra se puede determinar tres veces y se calcula el tiempo de eflujo medio. La RSV se puede calcular usando la siguiente fórmula (1):
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donde t es el tiempo de eflujo medio de la muestra de poliamidoamina diluida con disolución de NaCl 1 M, t0 es el tiempo de eflujo medio de la disolución de NaCl 1 M, c es la concentración de la muestra de poliamidoamina diluida, que es 5 g/dl.
En un modo de realización ejemplar, la epihalohidrina puede ser un reticulante difuncional que se usa para preparar la resina de poliamidoamina-epihalohidrina. En un modo de realización ejemplar, la epihalohidrina puede incluir epiclorhidrina, epifluorohidrina, epibromhidrina o epiyodohidrina, epihalohidrinas sustituidas con alquilo o una mezcla de las mismas. En un modo de realización ejemplar, el reticulante difuncional para preparar la resina de poliamidoamina-epihalohidrina es epiclorhidrina.
En un modo de realización ejemplar, la proporción de resina polimérica funcionalizada con aldehído con respecto a resina de poliamidoamina-epihalohidrina puede ser aproximadamente 1:1 o más o aproximadamente 1:1 a 100:1.
En un modo de realización ejemplar, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene una proporción de epihalohidrina/amina (también expresada en el presente documento como “epi/amina” o “E/N”) de aproximadamente 0,8 o menos, aproximadamente 0,5 o menos, aproximadamente 0,45 o menos, aproximadamente 0,4 o menos, o aproximadamente 0,3 o menos. En un modo de realización, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene una proporción de E/N de aproximadamente 0,01 a 0,8, aproximadamente 0,01 a 0,5, aproximadamente 0,01 a 0,45, aproximadamente 0,01 a 0,4, o aproximadamente 0,01 a 0,3. La proporción de epi/amina se calcula como la proporción molar de contenido en epiclorhidrina a amina.
Como se mencionó anteriormente, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina se puede preparar haciendo reaccionar epiclorhidrina con poliamidoamina. Durante la primera etapa de la síntesis de resina de poliamidoamina epihalohidrina, la epiclorhidrina reacciona con poliamidoamina y forma aminoclorohidrina. Durante la segunda etapa de la reacción, la aminoclorhidrina se convierte en azetidinio. En un modo de realización ejemplar, el contenido en azetidinio se puede controlar mediante la selección del esqueleto de poliamidoamina, el porcentaje de contenido en sólidos de la resina, la proporción de los componentes para formar la resina de poliamidoamina-epihalohidrina, la proporción de epihalohidrina/amina, el marco de tiempo, la temperatura y/o el pH de la reacción y/o la adición de componentes, y similares. Una o más de estas variables se pueden usar para producir una resina de poliamidoamina-epihalohidrina que tiene un contenido en azetidinio como se describe en el presente documento.
En un modo de realización, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina puede tener un contenido en azetidinio de aproximadamente un 80 % o menos, de aproximadamente un 70 % o menos, de aproximadamente un 60% o menos, de aproximadamente un 50 % o menos, o de aproximadamente un 40 % o menos. En un modo de realización, la resina de poliamidoamina-epihalohidrina puede tener un contenido en azetidinio de aproximadamente un 0,01 a un 80 %, aproximadamente un 0,01 a un 70 %), aproximadamente un 0,01 a un 60 %, aproximadamente un 0,01 a un 50 %, o aproximadamente un 0,01 a un 40 %.
El contenido en azetidinio se puede calcular de la manera descrita a continuación. Los espectros de RMN de 13C bloqueados inversos se adquieren usando el espectrómetro de RMN Bruker-Oxford Avance II de 400 MHz con una sonda PABBO BB de 10 mm. Las disoluciones de RMN se prepararon tal cual; no se añadió disolvente de RMN. El número de exploraciones se eligió para ser 1000 y la temperatura de adquisición fue de 30ºC. Las asignaciones de picos de las resinas de PAE se basaron en informes de la bibliografía (por ejemplo, Takao Obokata y Akira Isogai, análisis de RMN de 1H y 13C de disoluciones acuosas de resina de poliamidoamina-epiclorhidrina, Journal of Applied Polymer Science, 92(3), 1847, 2004).
Como ejemplo, se calcula en el presente documento el contenido en azetidinio del Ejemplo 1. Los desplazamientos químicos de RMN de 13C de la resina de PAE del ejemplo 1 se asignaron y se marcaron en la figura 1. El contenido en azetidinio, ra, se refiere a la proporción molar de grupos azetidinio con relación a los grupos amina secundaria sobre el polímero base.
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donde A f es la integración del desplazamiento químico f, Ac es la integración del desplazamiento químico c y Ac, es el desplazamiento químico de c'. Puesto que c y c' se superponen con b, Ac + Ac, se calcula indirectamente como
Ac + Ac, = integración (33-43 ppm) -integración (23-29 ppm) (2)
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aproximadamente un 2 %. Los niveles de aplicación mayores y menores están también dentro del alcance de los modos de realización. En algunos modos de realización, por ejemplo, se pueden considerar niveles de aplicación de aproximadamente un 5 % a aproximadamente un 50 % o mayores.
En un modo de realización ejemplar, el sistema de resina o los componentes del mismo, cuando se combina con la banda o con fibras celulósicas (p. ej., suspensión de pasta) puede tener cualquier pH, aunque en muchos modos de realización se desea que el sistema de resina, o los componentes del mismo, que está en disolución en contacto con la banda o con fibras tenga un pH inferior a aproximadamente 10, aproximadamente 9, aproximadamente 8 o aproximadamente 7, tal como aproximadamente 2 a aproximadamente 8, aproximadamente 2 a aproximadamente 7, aproximadamente 3 a aproximadamente 6 y aproximadamente 3 a aproximadamente 5,5. Alternativamente, el intervalo de pH puede ser aproximadamente 5 a aproximadamente 9, aproximadamente 5,5 a aproximadamente 8,5,
o aproximadamente 6 a aproximadamente 8. Estos valores de pH se pueden aplicar al polímero PAE antes de poner en contacto la banda o las fibras, o a una mezcla del sistema de resina o los componentes del mismo en contacto con la banda o las fibras antes del secado.
En un modo de realización, la temperatura de la suspensión de pasta puede ser de aproximadamente 10 a 80 ºC cuando la mezcla se añade a la suspensión de pasta. En un modo de realización, las variables de proceso se pueden modificar según se desee o sea necesario, incluyendo, por ejemplo, la temperatura de premezclado de los componentes, el tiempo de premezclado de los componentes y la concentración de la suspensión de pasta.
Ignorando la presencia de compuestos químicos distintos del sistema de resina, o de los componentes del mismo, y centrándose en la distribución del sistema de resina, o de los componentes del mismo, en la banda, un experto en la técnica reconocerá que el sistema de resina, o lo componentes del mismo, se puede distribuir en una amplia variedad de formas. Por ejemplo, el sistema de resina, o los componentes del mismo, puede estar distribuido uniformemente, o estar presente en un patrón en la banda, o presente selectivamente sobre una superficie o en una capa de una banda multicapa. En bandas multicapas, todo el espesor de la banda de papel se puede someter a la aplicación del sistema de resina, o de los componentes del mismo, y otros tratamientos químicos descritos en el presente documento, o cada capa individual se puede tratar independientemente o no tratarse con el sistema de resina, o de los componentes del mismo, y otros tratamientos químicos de la presente divulgación. En un modo de realización ejemplar, el sistema de resina, o los componentes del mismo, se aplica predominantemente a una capa en una banda multicapa. De forma alternativa, al menos una capa se trata con significativamente menos sistema de resina, o de los componentes del mismo, que otras capas. Por ejemplo, una capa interna puede servir como una capa tratada con resistencia a la humedad incrementada u otras propiedades.
En un modo de realización ejemplar, el sistema de resina, o los componentes del mismo, también puede estar asociado selectivamente con uno de una pluralidad de tipos de fibras y se puede adsorber o quimisorber sobre la superficie de uno o más tipos de fibras. Por ejemplo, las fibras kraft blanqueadas pueden tener una mayor afinidad por el sistema de resina, o los componentes del mismo, que las fibras sintéticas que pueden estar presentes.
En un modo de realización ejemplar, se pueden producir ciertas distribuciones químicas en bandas que están densificadas en patrón, tales como las bandas divulgadas en cualquiera de las siguientes patente de EE. UU. n.º 4.514.345; patente de EE. UU. n.º 4.528.239; patente de EE. UU. n.º 5.098.522; patente de EE. UU. n.º 5.260.171; patente de EE. UU. n.º 5.275.700; patente de EE. UU. n.º 5.328.565; patente de EE. UU. n.º 5.334.289; patente de EE. UU. n.º 5.431.786; patente de EE. UU. n.º 5.496.624; patente de EE. UU. n.º 5.500.277; patente de EE. UU. n.º 5.514.523; patente de EE. UU. n.º 5.554.467; patente de EE. UU. n.º 5.566.724; patente de EE. UU. n.º 5.624.790 y la patente de EE. UU. n.º 5.628.876.
En un modo de realización ejemplar, el sistema de resina, o lo componentes del mismo, u otros productos químicos se pueden concentrar selectivamente en las regiones densificadas de la banda (p. ej., una red densificada correspondiente a regiones de la banda comprimida por un tejido de impresión que presiona la banda contra un secador Yankee, donde la red densificada puede proporcionar una buena resistencia a la tracción a la banda tridimensional). Esto es particularmente así cuando las regiones densificadas se han impreso contra una superficie de secado caliente mientras que la banda aún está lo suficientemente húmeda para permitir que se produzca la migración de líquido entre las fibras por medio de fuerzas capilares cuando se seca una porción de la banda. En este caso, la migración de la disolución acuosa del sistema de resina, o de los componentes del mismo, puede mover el sistema de resina, o los componentes del mismo, hacia las regiones densificadas que experimentan el secado más rápido o los niveles mayores de transferencia de calor.
El principio de migración química a nivel microscópico durante el secado está bien documentado en la bibliografía. Véase, por ejemplo, A. C. Dreshfield, “The Drying of Paper,” Tappi Journal, Vol. 39, n.º 7, 1956, páginas 449-455 A.
A. Robertson, ‘The Physical Properties of Wet Webs. Parte I,” Tappi Journal, Vol. 42, n.º 12, 1959, páginas 969-978; patente de EE. UU. n.º 5.336.373 y patente de EE. UU. n.º 6.210.528.
Sin pretender estar limitado por la teoría, se cree que la migración química puede ocurrir durante el secado cuando el contenido inicial en sólidos (nivel de sequedad) de la banda es inferior a aproximadamente un 60 % (p. ej., menos de cualquiera de aproximadamente un 65 %, aproximadamente un 63 %, aproximadamente un 60 %, aproximadamente un 55 %, aproximadamente un 50 %, aproximadamente un 45 %, aproximadamente un 40 %,
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aproximadamente un 35 %, aproximadamente un 30 % y aproximadamente un 27 %, tal como aproximadamente un 30 % a un 60 %, o aproximadamente un 40 % a aproximadamente un 60 % ). El grado de migración química puede depender, por ejemplo, de la química superficial de las fibras, de los productos químicos implicados, de los detalles del secado, de la estructura de la banda, etc. Por otra parte, si la banda con un contenido en sólidos inferior a aproximadamente un 60 % se seca a través a un nivel de sequedad alto, tal como al menos cualquiera de aproximadamente un 60 % de sólidos, aproximadamente un 70 % de sólidos y aproximadamente un 80 % de sólidos
(p. ej., desde un 65 % de sólidos a un 99 % de sólidos, o desde un 70 % de sólidos a un 87 % de sólidos), luego las regiones de la banda dispuesta por encima de los conductos de deflexión (es decir, las “cúpulas” voluminosas de la banda del patrón densificado) pueden tener una concentración mayor del sistema de resina, o de los componentes del mismo, o de otros productos químicos solubles en agua, que las regiones densificadas, porque el secado tenderá a producirse en primer lugar en las regiones de la banda a través de las cuales puede pasar el aire fácilmente, y la absorción capilar puede traer fluido desde porciones adyacentes de la banda a las regiones donde el secado se produce más rápidamente. En resumen, dependiendo de cómo se lleva a cabo el secado, los reactivos solubles en agua pueden estar presentes a una concentración relativamente mayor (en comparación con otras porciones de la banda) en las regiones densificadas o en las regiones menos densificadas (“cúpulas”).
El sistema de resina o los componentes del mismo también pueden estar presentes sustancialmente uniformemente en la banda, o al menos sin una concentración selectiva en las regiones densificadas o no densificadas.
De acuerdo con un procedimiento ejemplar, pueden variar las condiciones (p. ej., temperatura de la suspensión de pasta, temperatura de premezclado de los componentes, tiempo de premezclado de los componentes, concentración del sistema de resina o de los componentes del mismo, mezclado simultáneo de sólidos y similares) de la suspensión de pasta y del proceso, según se desee o sea necesario, dependiendo del producto de papel particular que se va a formar, de las características del producto de papel formado y similares. En un modo de realización, la temperatura de la suspensión de pasta puede ser de aproximadamente 10 a 80 ºC cuando el sistema de resina, o los componentes del mismo, se añade a la suspensión de pasta. En un modo de realización, las variables de proceso se pueden modificar según se desee o sea necesario, incluyendo, por ejemplo, la temperatura de premezclado de los componentes, el tiempo de premezclado de los componentes y la concentración de la suspensión de pasta.
En diversos modos de realización ejemplares, se puede formar un papel mediante el tratamiento de una fibra celulósica o una suspensión de pasta acuosa con un sistema de resina, o de los componentes del mismo, como se describe en el presente documento. El papel se puede formar usando uno o más procedimientos, incluyendo los descritos en el presente documento.
En diversos modos de realización ejemplares, se puede formar un papel mediante el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoaminaepihalohidrina. La proporción de la resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoaminaepihalohidrina, el contenido en azetidinio y/o el nivel total de AOX pueden ser los mismos a los descritos anteriormente. El papel se puede formar usando uno o más procedimientos, incluyendo los descritos en el presente documento.
En un modo de realización ejemplar, el papel resultante tiene un rendimiento de resistencia a la humedad temporal y estado seco y características de escurrido mejoradas con relación al papel producido usando GPAM y PAE comercialmente disponibles, donde la resina de poliamidoamina-epihalohidrina usada tiene un contenido en azetidinio de aproximadamente un 80 % o menos y/o la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel total de epiclorhidrina y un nivel de subproductos (AOX) de aproximadamente 400 ppm o menos.
La resistencia a la tracción (en estado húmedo o seco) se puede medir aplicando una tasa de elongación constante a una muestra y registrando las propiedades de tracción de la muestra, incluyendo, por ejemplo: la fuerza por unidad de ancho requerida para romper una muestra (resistencia a la tracción), el porcentaje de elongación a la rotura (estiramiento) y la energía absorbida por unidad de área de la muestra antes de romperse (absorción de energía de tracción). Este procedimiento es aplicable a todos los tipos de papel, pero no a cartón ondulado. Estas mediciones se refieren al procedimiento de prueba TAPPI T494 (2001), según se modificó como se describe en el presente documento.
La resistencia a la tracción en estado húmedo se determina después de que el papel y el cartón se ponen en contacto con agua durante un tiempo de humectación dado. La tira de papel de 2,54 cm (1”) de ancho se coloca en la máquina de prueba de tracción y se humedece por ambos lados de la tira con agua destilada mediante un pincel. Después del tiempo de contacto de 2 segundos, la tira se rompe como se requiere en el apartado 6.8-6.10 de T 494 para generar resistencia a la tracción en estado húmedo inicial. La resistencia a la tracción en estado húmedo inicial es útil en la evaluación de las características de rendimiento de productos de papel tisú, toallas de papel y otros papeles sometidos a estrés durante el procesamiento o el uso mientras que se humedecen al instante. Este procedimiento hace referencia a la patente de EE. UU. 4.233.411.
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Procedimientos de prueba:
Ensayo de tracción en seco
La resistencia a la tracción se mide aplicando una tasa de elongación constante a una muestra y registrando tres propiedades de rotura por tracción de papel y cartón: la fuerza por unidad de ancho requerida para romper una muestra (resistencia a la tracción), el porcentaje de elongación a la rotura (estiramiento) y la energía absorbida por unidad de área de la muestra antes de romperse (absorción de energía de tracción). Este procedimiento es aplicable a todos los tipos de papel, pero no a cartón ondulado. Este procedimiento hace referencia al procedimiento de prueba TAPPI T494 (2001), y se modifica como se describe.
Ensayo de tracción en estado húmedo inicial
Este procedimiento de prueba se usa para determinar la resistencia a la tracción en estado húmedo inicial del papel y el cartón después de ponerse en contacto con agua durante 2 segundos. La tira de papel de 2,54 cm (1”) de ancho se coloca en la máquina de prueba de tracción y se humedece por ambos lados de la tira con agua destilada mediante un pincel. Después del tiempo de contacto de 2 segundos, la tira se rompe como se requiere en el apartado 6.8-6.10 del procedimiento de prueba TAPPI 494(2001). La tracción en estado húmedo inicial es útil en la evaluación de las características de rendimiento de productos de papel tisú, toallas de papel y otros papeles sometidos a estrés durante el procesamiento o el uso mientras que se humedecen al instante. Este procedimiento hace referencia al procedimiento de prueba TAPPI T456 (2005), y se modifica como se describe.
La presente divulgación incluye además modos de realización como se describen en las siguientes cláusulas 1-17:
Cláusula 1. Un papel formado mediante un procedimiento que comprende el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de la resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es aproximadamente 1:1 o más y en la que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel de AOX total de aproximadamente 400 ppm o menos.
Cláusula 2. Un papel formado mediante un procedimiento que comprende el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es aproximadamente 1:1 o más, y en la que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel de AOX total de aproximadamente 400 ppm o menos, y en la que la resina polimérica funcionalizada con aldehído es aproximadamente un 0,01 a un 2,5 % en peso de la suspensión de pasta acuosa y la resina de poliamidoaminaepihalohidrina es aproximadamente un 0,01 a un 2,5 % en peso de la suspensión de pasta acuosa.
Cláusula 3. Un papel formado mediante un procedimiento que comprende el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de la resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es aproximadamente 1:1 o más y en la que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel de AOX total de aproximadamente 100 ppm o menos.
Cláusula 4. Un papel formado mediante un procedimiento que comprende el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es aproximadamente 1:1 o más, y en la que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel de AOX total de aproximadamente 400 ppm o menos, en la que la resina polimérica funcionalizada con aldehído es una resina de poliacrilamida glioxilada y la resina de poliamidoamina-epihalohidrina es una resina de poliamidoaminaepiclorhidrina.
Cláusula 5. Un papel formado mediante un procedimiento que comprende el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es aproximadamente 1:1 a 100:1, y en la que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel de AOX total de aproximadamente 400 ppm o menos.
Cláusula 6. Un papel formado mediante un procedimiento que comprende el tratamiento de una suspensión de pasta acuosa con una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es aproximadamente 1:1 o más, y en la que la resina de poliamidoamina-epihalohidrina tiene un nivel de AOX total de aproximadamente 400 ppm o menos, y en el que el papel es un producto de papel que se selecciona del grupo que consiste en un cartón seco, un papel fino, una toalla, un papel tisú y un producto de papel prensa.
Cláusula 7. Un procedimiento de fabricación de un papel, que comprende: introducir en una suspensión de pasta acuosa una resina polimérica funcionalizada con aldehído y una resina de poliamidoamina-epihalohidrina, en la que la proporción de resina polimérica funcionalizada con aldehído a resina de poliamidoamina-epihalohidrina es
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Tabla 1: Resinas de PAE frente a controles de resistencia industriales
Muestra
Descripción % de ingredientes activos E/N % de azet. % de aminoclorhidrina % de sólidos AOX
A
Poliacrilamida glioxilada (GPAM) n/a n/a n/a 8,1 0
B
Resina de PAE con resistencia a la humedad permanente 30 1,25 58 41 30,0 >1000
C
Resina de PAE con resistencia a la humedad permanente 25 88 25 >1000
Ejemplo 1
Reforzante de PAE con contenido intermedio en aminas 25 0,25 6 16 25 12
Ejemplo 2
Reforzante de PAE con alto contenido en aminas 15 0,08 0 7 15 5
Ejemplo 3
Reforzante de PAE con alto contenido en aminas 0,12 0 7 15 5
Ejemplo 4
Reforzante de PAE con bajo contenido en aminas 0,35 14 17 15 33
Ejemplo 5
Reforzante de PAE con bajo contenido en aminas 0,42 18 20 15 40
Ejemplo 6
Reforzante de PAE con bajo contenido en aminas 0,50 25 20 15 73
AOX se refiere a epiclorhidrina residual y también a subproductos de hidrólisis de epiclorhidrina, incluyendo 1,3dicloropropanol (1,3-DCP), 2,3-dicloropropanol (2,3-DCP) y 3-cloropropanodiol (3-CPD).
5 Ejemplo 7 -Comparación de hoja de prueba -condiciones ácidas
En este ejemplo, se aplicaron diversos agentes de resistencia a la humedad, como se describió anteriormente, a hojas de prueba en condiciones de fabricación de papel ácidas, y se evaluaron las propiedades de tracción en estado húmedo y en seco de las hojas de prueba resultantes.
En este ejemplo, se prepararon hojas de prueba usando una pasta de papel de una mezcla de 50/50 de pasta kraft
10 blanqueada de madera dura y de madera blanda refinada hasta un refinado para norma canadiense de 450 a la que se ajustó el pH de la pasta papelera hasta un pH de 5,5. Se utilizó agua desionizada para la preparación de la pasta de papel, y se añadieron 150 ppm adicionales de sulfato de sodio y 35 ppm de cloruro de calcio. Mientras se mezclaba, se trató un lote de un 0,6 % de sólidos que contenía 8,7 g de fibras de celulosa con diversas muestras de auxiliar de resistencia (descritas a continuación) que se diluyeron a un 1 % en peso con agua desionizada. Después
15 de la adición del auxiliar de resistencia, el tiempo de mezcla/contacto era constante a 30 segundos. Luego, se formaron tres hojas de 2,9 g de papel usando un molde de hoja de prueba Nobel & Woods (20 cm x 20 cm [8” x 8”]) estándar, para conseguir un peso base de 23 kg/279 m2 (50 lb/3000 ft2), se presionaron entre los fieltros en el laminador de una prensa de rodillo neumática a aproximadamente 103 kPa (15 psig) y se secaron en el secador giratorio a 110 ºC (230 °F). Las muestras de papel se curaron en estufa durante 10 minutos a la temperatura de
20 110 ºC, luego se acondicionaron en la sala de control TAPPI estándar durante la noche.
En este ejemplo, los tratamientos auxiliares de resistencia incluyeron una combinación de resina con resistencia en seco de poliacrilamida glioxilada (GPAM) (Baystrength® 3000, un 7,5% de sólidos, disponible de Kemira Chemicals) y un reforzante de PAE de los ejemplos 1-6 anteriores. Como se identifica en la tabla 2 a continuación, algunas
muestras se premezclaron, y en otras, la GPAM y PAE se añadieron secuencialmente. Para las combinaciones premezcladas, la GPAM se mezcló con reforzantes no diluidos en las cantidades identificadas en la tabla 2 a continuación, durante 10 minutos a temperatura ambiente. Cada muestra de tratamiento se diluyó hasta una disolución al 1%. Las hojas de prueba se prepararon con adición de la disolución al 1%.
Tabla 2: Rendimiento de la hoja de prueba -GPAM con reforzantes de PAE -fabricación de papel ácida a pH 5,5
Reforzante de PAE
Tasa de reforzante añadido, lb/ton Tasa de GPAM añadida, lb/ton Modo de adición Tracción en seco lb/in Energía de tracción absorbida lb-in/in2 Tracción en estado húmedo inicial lb/in
Ejemplo 1
1,6 6,4 Secuencial 19,39 0,82 4,09
Ejemplo 2
1,6 6,4 Secuencial 17,70 0,63 3,79
Ejemplo 3
1,6 6,4 Secuencial 18,62 0,80 3,9
Ejemplo 1
1,6 6,4 Premezclado 24,14 1,04 4,83
Ejemplo 2
1,6 6,4 Premezclado 21,25 0,9 4,37
Ejemplo 3
1,6 6,4 Premezclado 23,0 1,11 4,41
Ejemplo 8 -Comparación de la hoja de prueba -condiciones alcalinas
En este ejemplo, se aplicaron diversos agentes de resistencia a la humedad, como se describió anteriormente, a hojas de prueba en condiciones de fabricación de papel alcalinas, y se evaluaron las propiedades de tracción en
10 estado húmedo y en seco de las hojas de prueba resultantes.
En este ejemplo, se prepararon hojas de prueba usando el mismo procedimiento descrito en el ejemplo 5 anterior, con la excepción de que la pasta papelera se ajustó mediante disolución diluida de hidróxido de sodio hasta un pH de 8.
En este ejemplo, los tratamientos auxiliares de resistencia incluyeron una combinación de resina con resistencia en
15 seco de poliacrilamida glioxilada (GPAM) (Baystrength® 3000, un 7,5% de sólidos, disponible de Kemira Chemicals) y un reforzante de PAE de los ejemplos 1-4 anteriores. Como se identificó en la tabla 3 a continuación, algunas muestras se premezclaron, y en otras, la GPAM y PAE se añadieron secuencialmente. Para las combinaciones premezcladas, la GPAM se mezcló con reforzantes no diluidos en las cantidades identificadas en la tabla 3 a continuación, durante 10 minutos a temperatura ambiente. Cada muestra de tratamiento se diluyó hasta una
20 disolución al 1%. Las hojas de prueba se prepararon con adición de la disolución al 1%.
Tabla 3: Rendimiento de la hoja de prueba -GPAM con reforzantes de PAE -fabricación de papel alcalina a pH 8
Reforzante de PAE
Tasa de reforzante añadido, Ib/ton Tasa de GPAM añadida, Ib/ton Modo de adición Tracción en seco Ib/in Energía de tracción absorbida Ib-in/in2 Tracción en estado húmedo inicial Ib/in
Ejemplo 1
1,6 6,4 Secuencial 20,25 0,89 2,99
Ejemplo 2
1,6 6,4 Secuencial 18,40 0,79 2,46
Ejemplo 3
1,6 6,4 Secuencial 17,89 0,81 2,64
Ejemplo 1
1,6 6,4 Premezclado 23,47 1,21 3,45
Ejemplo 2
1,6 6,4 Premezclado 21,37 0,99 2,81
Ejemplo 3
1,6 6,4 Premezclado 19,32 0,76 3,33
Los resultados mostrados en las tablas 2 y 3 indican una contribución positiva a la resistencia en seco y a la humedad del modo de adición premezclado en condiciones de fabricación de papel ácidas y alcalinas al mismo nivel 25 de adición total. Premezclar diversos reforzantes de PAE con GPAM consistentemente ofreció resultados de absorción de energía de tracción mayores que la adición secuencial de dos componentes.
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La dosificación de resina de 11 kg/ton (25 lb/ton) es típica para máquinas de toallas altamente reforzadas en estado húmedo. A medida que la dosificación de la resina aumentó a 25 #/ton en este ejemplo, las resinas ejemplares superaron el estándar B solo y el estándar E en seco y tracción en estado húmedo inicial. El estándar B solo y el estándar E produjeron menor retención de resina que la invención debido a una carga catiónica mayor. El estándar B solo y el estándar E típicamente requieren promotor funcional aniónico para lograr una retención satisfactoria de resina a niveles de dosificación tan altos.
Tabla 6
Dosificación química total (auxiliar de resistencia + reforzante)
8 lb/ton
25 lb/ton
Reforzante resistencia
de Proporción de auxiliar resistencia/reforzante de Tracción en seco Ib/in Tracción en estado húmedo inicial Ib/in Tracción en seco Ib/in Tracción en estado húmedo inicial Ib/in
Ejemplo 1
75/25 19,8 3,4 24,3 5,5
Ejemplo 4
75/25 20,1 3,3 26,7 5,8
Ejemplo 5
75/25 20,2 3,4 25,3 6,0
Ejemplo 6
75/25 21,5 3,4 29,9 6,5
E
75/25 20,1 3,5 23,7 5,4
A
18,8 3,2 23,8 5,4
B
17,9 3,8 19,1 4,9
Ejemplo 12: La comparación del ejemplo frente al ejemplo comparativo 1
10 (A) GPAM y (B) PAE son los mismos que en los ejemplos anteriores.
La tabla 7 muestra los resultados de evaluación de la hoja de prueba de los productos comerciales existentes y la combinación que se usa el ejemplo 1. La combinación que se usa el ejemplo 1 proporcionó un rendimiento superior a GPAM (sola) a pH 5-8,3 y rendimiento superior al ejemplo comparativo 1 (combinación 50:50 de GPAM y agente de resistencia a la humedad de PAE) a pH 5.
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Tabla 7
Muestra
pH fabricación papel de de Dosificación (lb/ton) Tracción en seco (lb/pulgada) Energía tracción absorbida in/in2 de Ib- Tracción en estado húmedo inicial Ib/in Contenido total de subproductos epi residuales ppm
Ejemplo comparativo 1
5,0 8 20,2 1,54 3,98 1895
GPAM
8 20,73 1,40 3,97 0
Combinación 75/25 de GPAM con ejemplo 1
8 21,99 1,55 3,88 <3,5
Ejemplo comparativo 1
7,0 8 20,73 1,43 3,66 1895
GPAM
8 18,10 1,0 2,62 0
Combinación 75/25 de GPAM con ejemplo 1
8 20,93 1,49 2,98 <3,5
Ejemplo comparativo 1
8,3 8 22,49 1,45 3,46 1895
GPAM
8 15,83 1,0 2,67 0
Combinación 75/25 de GPAM con ejemplo 1
8 21,24 1,35 2,96 <3,5
Se debe observar que las proporciones, concentraciones, cantidades y otros datos numéricos se pueden expresar en el presente documento en un formato de intervalo. Se debe entender que dicho formato de intervalo se usa por 5 conveniencia y brevedad y, de este modo, se debe interpretar de una manera flexible para incluir no sólo los valores numéricos explícitamente expresados como los límites del intervalo, sino también para incluir todos los valores numéricos individuales o subintervalos englobados dentro de ese intervalo como si cada valor numérico y subintervalo se expresara explícitamente. Para ilustrar, un intervalo de concentración de “aproximadamente un 0,1 % a aproximadamente un 5 %” se debe interpretar para incluir no sólo la concentración explícitamente expresada de
10 aproximadamente un 0,1 % en peso a aproximadamente un 5 % en peso, sino también incluir concentraciones individuales (p. ej., un 1 %, un 2 %, un 3 % y un 4 %) y los subintervalos (p. ej., un 0,5 %, un 1,1 %, un 2,2 %, un 3,3 % y un 4,4 %) dentro del intervalo indicado. En un modo de realización, el término “aproximadamente” puede incluir el redondeo tradicional de acuerdo con las cifras significativas del valor numérico. Además, la expresión “de aproximadamente ‘x’ a ‘y’” incluye “de aproximadamente ‘x’ a aproximadamente ‘y’”.
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