ES2680577T3 - Composición y uso de dímeros de alquil-ceteno hidrogenados - Google Patents

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Abstract

Una composición que comprende la fórmula I:**Fórmula** en la que R es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud; R1 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que contiene de 2 a 34 átomos de carbono; R2 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud; R, R1 y R2 pueden independientemente contener opcionalmente un grupo funcional cíclico; y n es un número entero de 0 a 6; y la composición comprende además al menos una cera adicional y opcionalmente comprende un material de polímero termoplástico, resinas de hidrocarburo, poli(acetato de etileno), polietileno, o cualquier combinación de los mismos.

Description

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DESCRIPCION
Composición y uso de dímeros de alquil-ceteno hidrogenados Antecedentes de la invención
Los conceptos inventivos presentemente desvelados y reivindicados se refieren a una composición para su uso en aplicaciones de papel o cartón. Más específicamente, los conceptos inventivos presentemente desvelados y reivindicados se refieren a una composición preparada por la hidrogenación o hidrogenación parcial de un dímero de alquil-ceteno, dímero de alquenil-ceteno o mutímero de ceteno (conjuntamente etiquetados H2-AKD). Los conceptos inventivos presentemente desvelados y reivindicados también se refieren a una composición que cuando se mezcla con pasta o se aplica como un recubrimiento a papel o cartón, aumenta la resistencia al agua y al vapor de agua del papel y cartón mientras se mantiene buena reciclabilidad y repulpabilidad.
Los productos de papel son frecuentemente encolados o recubiertos con el fin de formar una barrera contra gases tales como vapor de la humedad y líquidos tales como agua, aceites y grasas. El papel y cartón recubierto de cera se usan ampliamente para proteger fruta fresca, verduras, pescados y aves de corral durante el almacenamiento y transporte. Además de actuar de barrera, el recubrimiento también refuerza y endurece el papel o cartón en condiciones de almacenamiento mojadas o húmedas.
Las formulaciones de recubrimiento de cera aplicadas al papel y cartón son muy conocidas en la industria de la pasta y del papel. Las ceras de recubrimiento normalmente tienen cadenas de hidrocarburo que contienen de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 átomos de carbono y puntos de fusión de aproximadamente 40 grados Celsius (°C) a aproximadamente 85 °C. Ceras de parafina y microcristalinas son dos de tales ceras comúnmente usadas en aplicaciones de papel y cartón recubierto. Ejemplos típicos de tales materiales incluyen ceras naturales y/o sintéticas como se exponen, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. N.° 3.058.871 (Davis et al.); 2.859.110 (Sanford) y 3.021.252 (Hill et al.).
Existen cuatro métodos comúnmente usados de aplicación de recubrimientos de cera a papel y cartón. Un método de recubrimiento a bajos niveles de adición de cera (inferiores al 5 % en peso) usa una emulsión de cera acuosa previamente formada. La emulsión de cera puede añadirse al extremo húmedo de la máquina de papel, en una prensa de encolado, o en una recubridora fuera de la máquina. En los otros tres métodos, recubrimiento de cortina, impregnación de cera y recubrimiento en cascada, el recubrimiento se aplica normalmente como una cera fundida a niveles de adición de al menos el 3 % en peso del cartón recubierto. Una recubridora de cortina aplica una delgada capa de cera sobre un lado del papel o cartón.
Niveles de adición típicos oscilan de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 15% de cera basado en el peso total del papel o cartón recubierto. El papel o cartón impregnado de cera se prepara pasando el cartón a través de una línea de contacto inundada con cera fundida. Debido a su baja tensión superficial y la presión aplicada en la línea de contacto, la cera penetra uniformemente a través del papel o cartón. Los niveles de adición de cera para papel o cartón impregnado oscilan de aproximadamente el 12 % a aproximadamente el 20 % del peso total del papel o cartón recubierto. Los recubrimientos de cera en cascada se aplican a secciones cortadas, pegadas, acabadas de cartón corrugado (por ejemplo, revestimiento combinado/medio corrugado/revestimiento). Se pasa una sección de cartón corrugado bajo una corriente de cera fundida, recubriendo completamente las acanaladuras y superficies exteriores del cartón. Los niveles de adición de cera para los recubrimientos de cascada pueden oscilar de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 50 % del peso total del papel o cartón recubierto.
Se ha encontrado generalmente que las ceras presentes sobre, e impregnadas en, papel y cartón recubierto son difíciles de separar eficazmente sin contaminar la pasta y la maquinaria de fabricación de papel. Durante el repulpado, la cera fundida o semifundida se adhiere a las fibras de pulpa y equipo de repulpado. Si no se separa de las fibras de pulpa, la cera residual forma defectos en el papel o cartón reciclado y depósitos sobre la máquina de papel. Por tanto, las cajas recubiertas de cera no pueden reciclarse; deben separarse de las cajas reciclables y o bien quemarse o usarse como vertedero aumentando así los costes de manipulación y creando problemas medioambientales.
Se han propuesto varios métodos de eliminación de la cera del papel y cartón reciclado. La patente de EE.UU. N.° 3.058.871 (Davis, et. al.) y la patente de EE.UU. N.° 2.703.754 (Myers) desvelan la separación de recubrimientos termofusibles de la pasta por extracción con disolvente del recubrimiento. Adicionalmente, Myers enseña la separación de la pasta y material de recubrimiento como se hace por una combinación de emulsión y extracción con disolvente. En la patente de EE.UU. N.° 3.055.791 (Elias), se usan absorbentes sólidos en un intento por recuperar pasta, mientras que en la patente de EE.UU. N.° 3.021.252 (Hill, et. al.) y la patente de EE.UU. N.° 2.859.110 (Sanford), el recubrimiento se separa mecánicamente de la fibra. La patente de EE.UU. N.° 3.822.178 (von Koeppen, et. al.); patente de EE.UU. N.° 2.614.922 (Hope); patente de EE.UU. N.° 2.859.110 (Sanford); y patente de EE.UU. N.° 2.959.513 (Savage), desvelan procedimientos de reciclado de papel recubierto de cera que implican suspender las partículas de recubrimiento en un sistema acuoso caliente.
También se ha sugerido que la adición de dispersantes durante el repulpado puede mejorar la eliminación de cera por métodos mecánicos. Sin embargo, estos enfoques no son económicamente factibles, ya que el proceso requiere
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el tratamiento de todo el suministro de pasta reciclada con caros aditivos químicos independientemente de la cantidad de cera presente.
Aunque algunos de estos métodos han sido comercialmente satisfactorios, se necesita una solución más general que pueda ser adoptada por la industria del papel con inversión mínima de capital. El uso de ácidos grasos, y otros ácidos carboxílicos orgánicos, en recubrimientos de cera para papel y cartón se desvela en la patente de EE.Uu. N.° 3.629.171 (Kremer). Más recientemente, E. L. Back, "Corrugated Paperboard Project Researches Self-Dispersing Wax", Tappi Journal, volumen 74, N.° 4, páginas 37-38, Julio de 1992; J. Michelman, "Method of Dispersing Wax from a Hot Melt Wax-coated Paper", patente de EE.UU. 6.273.993, 14 de agosto de 2001; y Fuller et al., "Recyclable Wax-coated Container", patente de EE.UU. 5.539.035, 23 de julio de 1996; propusieron incorporar un ácido graso u otro dispersante en la formulación de recubrimiento de cera para simplificar el repulpado y reciclado.
La solicitud de patente de EE.UU. N.° 07/907.173 (Michelman), describe la adición de un "dispersante latente" a recubrimientos de cera. Fuller et al., "Recyclable wax-coated container", patente de EE.UU. 5.539.035, 23 de julio de 1996, describen recubrimientos de cera repulpables hechos de mezclas de cera de parafina, ácido graso y un aditivo de polímeros hidrófobo compatible tal como caucho de polietileno-propileno. Hassan et al., "Repulpable wax", patente de EE.UU. 6.811.824, 2 de noviembre de 2004, desvelan recubrimientos resistentes al agua repulpables para papel y cartón basados en ésteres de ácidos grasos de triglicéridos hidrogenados.
Narancic et al., "Method of Repulping Repulpable and Recyclable Moisture Resistant Coated Articles", patente de EE.UU. 6.416.620, 9 de julio de 2002, describen la adición de cargas minerales inorgánicas para mejorar la repulpabilidad de recubrimientos de cera. Narancic, et al. enseñan que la adición de un ácido graso o tensioactivo a un recubrimiento de cera puede producir problemas de corrosión en la manipulación del equipo y reducir la resistencia al agua y al vapor de agua del recubrimiento.
Idealmente, un aditivo de repulpado para recubrimientos de cera debe ser físicamente compatible con la cera durante un amplio intervalo de niveles de adición. Para simplificar la manipulación, debe tener un punto de fusión próximo al de los recubrimientos de cera comerciales. Adicionalmente, el aditivo no debe afectar negativamente la resistencia al agua y al vapor de agua del recubrimiento de cera. El recubrimiento de cera repulpable resultante debe mantener su resistencia al agua y al vapor de agua durante largos periodos de tiempo en las condiciones mojadas (pH neutro), húmedas y de alta temperatura encontradas durante el almacenamiento y el transporte de producto. Por ejemplo, la prueba de velocidad de transmisión de vapor de humedad (MVTR) "tropical" estándar de cartón recubierto de cera se lleva a cabo a aproximadamente 38 °C y 90 % de humedad relativa. Por tanto, el aditivo de repulpado de cera ideal debe basarse en materiales de partida renovables.
Para fines de reciclado, el papel o cartón recubierto de cera debe ser repulpable en condiciones de pH y temperatura fácilmente disponibles para el fabricante de papel sin gran inversión de capital. Para minimizar la deposición sobre el equipo de repulpado, el papel o cartón recubierto de cera debe ser repulpable a temperaturas por debajo del punto de fusión de la cera. Finalmente, cualquier aditivo y/o cera no debe producir problemas de corrosión sobre el equipo de recubrimiento, repulpado o fabricación de papel.
El dímero de alquil-ceteno hidrogenado, dímero de alquenil-ceteno o mutímero de ceteno (identificados conjuntamente como H2-AKD) de la presente composición ofrecen varias ventajas con respecto a la técnica relacionada. Los ácidos grasos, tensioactivos aniónicos y tensioactivos catiónicos descritos por Back, Michelman y Fuller son sales hidrófilas en las condiciones de pH neutro encontradas por el papel y cartón recubierto de cera durante el almacenamiento y transporte. Similarmente, los tensioactivos no iónicos descritos en el estado de la técnica son hidrófilos y miscibles con agua. La adición de estos materiales hidrófilos reduce inevitablemente la resistencia al agua del recubrimiento de cera. Debido a las condiciones húmedas cálidas encontradas durante el transporte y almacenamiento de producto, es poco probable que los recubrimientos descritos por Hassan, que comprenden principalmente triglicéridos, puedan resistir al crecimiento microbiano durante largos periodos de tiempo en estas condiciones.
Por el contrario, H2-AKD es hidrófobo en condiciones de uso final y puede añadirse directamente a la cera a los niveles necesarios para mejorar la repulpabilidad sin comprometer la resistencia al agua y al vapor de agua del recubrimiento. Además, como H2-AKD es una cera hidrófoba no polar, no es corrosiva para el equipo de recubrimiento o fabricación de papel.
Como se describe a continuación, niveles de adición de H2-AKD de tan solo el 5 % en peso del recubrimiento total pueden mejorar la repulpabilidad de un recubrimiento de cera. También es ventajoso que H2-AKD se base en materiales de partida de ácido graso renovables.
Objetos, ventajas y características adicionales de lo que se reivindica será expuesto en la descripción que sigue y en parte será evidente para aquellos expertos en la materia tras el examen de lo siguiente o puede ser aprendido por la práctica de la tecnología. Los objetos y ventajas de los conceptos inventivos presentemente desvelados y reivindicados se realizarán y obtendrán por medio de las composiciones y métodos particularmente expuestos en las reivindicaciones adjuntas, que incluyen los equivalentes funcionales de las mismas.
Breve descripción de los dibujos
Figura 1, ilustra un posible mecanismo para la hidrogenación e hidrólisis de un dímero de alquil-ceteno.
Figura 2, ilustra un posible mecanismo de hidrólisis de dímero de alquil-ceteno.
Figura 3, ilustra una estructura química genérica para el dímero de ceteno o mutímero de ceteno hidrogenado 5 resultante.
Figura 4, ilustra una estructura química genérica para el dímero de alquil-ceteno, dímero de alquenil-ceteno o mutímero de ceteno hidrogenado hidrolizado.
Figura 5, ilustra diversos grados de repulpado que se cuantificaron comparando cada muestra con una serie de normas de repulpado.
10 Descripción detallada
Según la presente invención, se proporcionan composiciones que comprenden la fórmula I y al menos una cera adicional:
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en la que
15 R es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud;
R1 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que contiene de 2 a 34 átomos de carbono;
R2 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud; en la que
R, R1 y R2 pueden independientemente contener opcionalmente un grupo funcional cíclico; y 20 n es un número entero de 0 a 6.
Por tanto, según la invención, se prepara un dispersante latente con la estructura genérica mostrada en la fórmula I por la hidrogenación de un dímero de alquil-ceteno, dímero de alquenil-ceteno o mutímero de ceteno (identificados conjuntamente como H2-AKD). Dímeros de alquil-ceteno, dímeros de alquenil-ceteno y mutímeros de ceteno que no han experimentado hidrogenación (conjuntamente AKD) se usan actualmente como agentes de encolado interno y 25 superficial por la industria del papel. Una estructura química genérica para estos materiales de partida puede encontrarse en la patente de EE.UU. N.° 5.685.815 (Bottoroff). Otros ejemplos pueden encontrarse en la patente de EE.UU. N.° 6.175.022 (Brungardt) y la patente de EE.UU. N.° 6.207.258 (Varnell), en las que se usan ácidos carboxílicos y ácidos dicarboxílicos para producir dímeros de alquil-ceteno, dímeros de alquenil-ceteno y mutímeros de ceteno (AKD).
30 La reacción de hidrogenación actúa reduciendo el (los) doble(s) enlace(s) carbono-carbono unidos al (a los) anillo(s) de lactona de cuatro miembros del dímero de alquil-ceteno, dímero de alquenil-ceteno o mutímero de ceteno (véase la Figura 1). La hidrogenación también actúa reduciendo cualquier doble enlace carbono-carbono en las cadenas de hidrocarburo unidas al (a los) anillo(s) de lactona. Una estructura química genérica para el dímero de ceteno o mutímero de ceteno hidrogenado resultante se muestra en la fórmula I, en la que "n" es de 0 a 6, puede ser 0 a 3 y 35 puede ser 0. R1 puede contener 2 a 34 átomos de carbono y puede ser un grupo alquilo lineal o ramificado, y puede contener grupos funcionales cíclicos. R y R2 tienen al menos 6 átomos de carbono de longitud; pueden contener 10 a aproximadamente 22 carbonos de longitud; pueden tener de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 carbonos de longitud; y pueden tener de aproximadamente 12 a aproximadamente 18 carbonos de longitud. R y R2, están seleccionados de grupos alquilo de cadena lineal o ramificados y también pueden contener grupos funcionales 40 cíclicos.
Los ácidos carboxílicos usados para producir los materiales de partida de dímero de alquil-ceteno, dímero de alquenil-ceteno o mutímero de ceteno pueden contener otros grupos funcionales tales como, por ejemplo, ésteres, éteres, aminas terciaria y cuaternarias, dobles y triples enlaces carbono-carbono, cetonas, aldehídos, anillos alifáticos y anillos aromáticos, y cualquier grupo funcional como se describe en la patente de EE.UU. N.° 6.175.022. 45 También se entiende que la presente invención también contiene regioisómeros de los compuestos de fórmula I.
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También se entiende que la presente invención contiene regioisómeros de los compuestos de fórmula II.
Lo que se indica por dispersante es una sustancia que ayuda a separar y dispersar pequeñas partículas insolubles de materiales hidrófobos en un entorno sustancialmente acuoso. El dispersante puede usarse en combinación con un agente químico, tal como NaHCO3, Na2CO3 y NaOH, que son capaces de modificar el (los) grupo(s) ácido carboxílico presente(s) en el dispersante.
Un objetivo adicional es proporcionar un método de aumento de la resistencia al agua y al vapor de agua de papel y cartón mientras se mantiene la reciclabilidad y repulpabilidad. Cuando se añade a papel o cartón, o se aplica como un recubrimiento sobre el papel o cartón, una composición que comprende H2-AKD, o H2-AKD parcialmente hidrogenado, aumenta la resistencia al agua y al vapor de agua del papel o cartón. En lo sucesivo, cuando se refiere a H2-AKD, se entiende que esto puede significar un AKD parcialmente hidrogenado. H2-AKD sigue siendo una cera hidrófoba en condiciones normales de uso final, almacenamiento y transporte. Cuando el papel o cartón tratado con H2-AKD se expone a agua caliente y condiciones alcalinas durante el reciclado o repulpado, se cree que reacciona formando un jabón aniónico. El jabón aniónico puede entonces dispersarse en agua y separarse de la pasta de celulosa.
Un posible mecanismo para la repulpabilidad mejorada obtenida con H2-AKD se ilustra en la Figura 1 y Figura 2. AKD comercialmente disponible reacciona con agua para formar un ácido beta-ceto-carboxílico. El ácido beta-ceto- carboxílico pierde CO2 rápidamente a temperatura ambiente para formar una cetona hidrófoba cerosa. No cabría esperar que esta cetona cerosa mejorara la repulpabilidad de un recubrimiento de cera. Sin embargo, la hidrogenación de AKD da una cera hidrófoba con un anillo de lactona reactivo. El anillo de lactona puede experimentar hidrólisis durante el repulpado para formar jabón de ácido carboxílico estable. El jabón aniónico puede ser fácilmente dispersado en agua y separado de la pasta de celulosa.
Una estructura química genérica para el análogo hidrolizado del dímero de alquil-ceteno, dímero de alquenil-ceteno o mutímero de ceteno hidrogenado se da en la fórmula II.
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en la que
R es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud; R1 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que contiene de 2 a 34 átomos de carbono;
R2 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud; en la que
R, R1 y R2 pueden independientemente contener opcionalmente un grupo funcional cíclico; y n es un número entero de 0 a 6.
En la fórmula II, "n" puede ser de 0 a 6; puede ser 0 a 3; y puede ser 0. R y R2 están seleccionados de grupos alquilo de cadena lineal o ramificados, y también pueden contener independientemente grupos funcionales cíclicos. R y R2 tienen al menos 6 átomos de carbono de longitud; pueden contener 10 a aproximadamente 22 carbonos de longitud; pueden tener de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 carbonos de longitud; y pueden tener de aproximadamente 12 a aproximadamente 18 carbonos de longitud. Ri puede contener 2 a 34 átomos de carbono y puede ser un grupo alquilo de cadena lineal o ramificado, y puede contener opcionalmente grupos funcionales cíclicos.
Alternativamente, la cera H2-AKD puede incorporarse en un recubrimiento de cera convencional. La naturaleza hidrófoba de hidrocarburo de H2-AKD y su punto de fusión (56 °C) lo hacen compatible con ceras de recubrimiento convencionales. Por ejemplo, Paraflex®4797A (The International Group, Agincourt, Ontario, Canadá) tiene un punto de fusión de 59 °C. Cuando el papel o cartón recubierto con H2-AKD/cera se expone a condiciones de repulpado alcalinas, un jabón aniónico formado a partir de H2-AKD ayuda a dispersar la cera convencional, que hace que sea más fácil de separar de la pasta de celulosa.
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Las ceras que pueden usarse con H2-AKD para recubrir papel y cartón se conocen en la técnica de la fabricación de papel e incluyen: cera de parafina, cera microcristalina, o cualquier composición de recubrimiento de cera natural o sintética, pero no se limitan a ceras vegetales, ceras animales y ceras derivadas de petróleo. Ejemplos comerciales de tales ceras están disponibles de The International Group (Agincourt, Ontario, Canadá). Las ceras actualmente usadas para recubrir papel o cartón normalmente contienen de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 átomos de carbono en sus cadenas de hidrocarburo y tienen puntos de fusión de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 200 °C; y pueden tener puntos de fusión entre aproximadamente 40 °C y aproximadamente 85 °C. Además de cera, las formulaciones también pueden incluir resinas opcionales, tales como materiales de polímero termoplástico, por ejemplo, resinas de hidrocarburo, poli(etileno-acetato de vinilo), polietileno y similares para potenciar las propiedades físicas del recubrimiento, reducir el coste y mejorar el rendimiento.
H2-AKD o la composición de H2-AKD/cera puede aplicarse por cualquiera de los métodos usados para aplicar un recubrimiento de cera a papel o cartón, que incluyen, por ejemplo, como una emulsión, en una recubridora de cortina, en un impregnador de cera o en una recubridora de cascada. La patente de EE.UU. N.° 4.317.756 (Dumas, et. al.), desvela métodos de preparación de emulsiones acuosas de dímero de alquil-ceteno (AKD), que pueden entonces usarse para preparar emulsiones de las composiciones hidrogenadas de la presente invención.
Cuando se añaden por sí mismas o en combinación con una cera convencional, el nivel de adición de la composición de H2-AKD/cera puede oscilar de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 60 % del peso total del papel o cartón recubierto. H2-AKD puede oscilar de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 100 % en peso de la composición de recubrimiento; puede ser de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 50 % en peso de la composición de recubrimiento; y puede ser de aproximadamente el 15 % a aproximadamente el 25 % en peso de la composición de recubrimiento. Debe entenderse que en toda la memoria descriptiva y reivindicaciones el término recubrimiento se entiende que significa "recubrimiento" o "impregnación", a menos que se indique lo contrario.
Un objetivo adicional es proporcionar un método de aumento de la repulpabilidad de un papel o cartón recubierto. Papel o cartón recubierto con una composición de H2-AKD o H2-AKD/cera puede ser repulpado a un pH de aproximadamente 5 a aproximadamente 14; puede ser repulpado a un pH de aproximadamente 7 a aproximadamente 12; y puede ser repulpado a un pH de aproximadamente 9 a aproximadamente 12.
Papel o cartón recubierto con una composición de H2-AKD o H2-AKD/cera puede ser repulpado a temperaturas de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 100 °C; puede ser repulpado a temperaturas de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 70 °C; y puede ser repulpado a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 60 °C. El papel o cartón recubierto con la composición de H2-AKD o H2-AKD/cera también puede ser repulpado a aproximadamente 50 °C.
Aunque no existe una estricta diferenciación entre papel y cartón, el cartón es generalmente más grueso (normalmente más de 0,25 mm/0,010 pulgadas o 10 puntos) que el papel. La presente composición puede usarse con cualquier papel o cartón. Ejemplos de tipos de papel y cartón y clasificación pueden encontrarse en el Método TAPPI - TIP 0404-36, que se incorpora en el presente documento en su totalidad.
Los siguientes ejemplos pretenden ser ilustrativos de los conceptos inventivos presentemente desvelados y reivindicados. Sin embargo, estos ejemplos pretenden ser realizaciones no limitantes de la invención.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos se proporcionan para ilustrar la producción y actividad de composiciones representativas de las presentes enseñanzas y para ilustrar su resistencia al agua y al vapor de agua, y rendimiento en las operaciones de reciclado y repulpado. Un experto en la materia apreciará que aunque reactivos y condiciones específicas son brevemente expuestas en los siguientes ejemplos, estos reactivos y condiciones no son una limitación de las presentes enseñanzas.
Ejemplo 1 - Hidrogenación de dímero de alquil-ceteno
Se hidrogenó una muestra de Aquapel®364, dímero de alquil-ceteno (AKD) (disponible de Ashland Water Technologies - Lexington, Kentucky) usando el siguiente método: Se disolvieron 25 gramos (g) de dímero de alquil- ceteno en 25 g de tolueno. La mezcla se cargó entonces en un reactor Parr de acero inoxidable junto con 2 % en moles de catalizador de Pd sobre carbono (10% de paladio sobre carbono, disponible de Aldrich - Milwaukee Wisconsin). El reactor se lavó dos veces con gas H2, se cerró bajo 600 libras por pulgada cuadrada (4,1 MPa) de presión de gas H2, y entonces se agitó durante 18 horas a temperatura ambiente. Una vez se había completado la reacción, la mezcla se filtró para eliminar el catalizador de Pd, y se eliminó a vacío el disolvente de tolueno. Se aislaron veinticuatro gramos de la composición de H2-AKD deseada. La composición de H2-AKD tuvo un punto de fusión de 56 °C.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Ejemplo 2 - Preparación de cartón
Se preparó cartón para recubrimiento de cera usando el siguiente método. Se cortó una muestra de cartón comercial en tiras de 2,5 centímetros (cm), entonces se refinó a un refinado de norma canadiense (CSF) de 375 mililitros (ml) usando un refinador de doble disco. Se añadió 2,5% en peso de GPC™D-15F (Grain Processing Corporation - Muscatine, Iowa) a la pasta refinada.
Se fabricó cartón reciclado a partir del suministro de pasta usando una máquina de papel piloto similar a la disponible en la Universidad de Michigan Occidental en Kalamazoo, Michigan. La temperatura de la pasta de fabricación de papel se estableció a 50 °C. El pH de fabricación del papel se fijó a 7,5. Se añadieron los siguientes aditivos al extremo húmedo de la máquina de papel: 0,5 % en peso de almidón catiónico Stalok®300 (todos los niveles de adición basados en el suministro de pasta, Tate and Lyle - Londres, Reino Unido), 0,05% en peso de emulsión de agente de encolado de dímero de alquil-ceteno Hercon®70 (Ashland Hercules Water Technologies - Lexington Kentucky) y 0,0125% en peso de adyuvante de retención de poliacrilamida catiónico Perform®8713 (Ashland Water Technologies - Lexington Kentucky). El peso base se fijó a 160 gramos por metro cuadrado (g/m2). La humedad de la hoja en el rollo se controló al 8 %.
Ejemplo 3 - Preparación de cartón recubierto de cera
Se recubrió el cartón reciclado fabricado en el Ejemplo 2 con cera Paraflex®4797A usando el siguiente método (una cera de cascada comercial suministrada por The International Group). Se fundió una muestra de 200 g de Paraflex®4797A usando un baño de agua caliente establecido a 80 °C. Se cortó el cartón reciclado en cuadrados de 6 pulgadas x 6 pulgadas (15,2 cm x 15,2 cm). Los cuadrados se sumergieron entonces en la cera fundida durante 5 segundos, se sacaron y se dejaron enfriar a temperatura ambiente durante una hora. También se fabricaron recubrimientos de Paraflex®4797A que contenían 5 %, 10 %, 15 %, 25 %, 50 % y 100 % de H2-AKD por el mismo método. Se preparó H2-AKD usando el método descrito en el Ejemplo 1. Las muestras recubiertas se curaron en un horno a 85 °C durante 30 minutos antes de la prueba. La absorción de cera promedió el 50 % del peso total del cartón recubierto.
Ejemplo 4 - Método de prueba de la repulpabilidad
Se midieron la repulpabilidad del cartón sin recubrir, el cartón recubierto con Paraflex®4797A, cartón recubierto con H2-AKD y cartón recubierto con H2-AKD/cera descritos en el Ejemplo 3 usando el siguiente método.
Se dispuso una alícuota de 342 g de agua en una mezcladora Waring. Se cortó una muestra de cartón de 18 g en cuadrados de 2,5 cm x 2,5 cm y se dispuso en la mezcladora. Se usó un motor eléctrico acoplado al fondo de la mezcladora para girar la cuchilla. La cuchilla se giró en una dirección "inversa", para evitar el corte de la pasta con el borde afilado de la cuchilla. Se fijó la velocidad de agitación a 1500 revoluciones por minuto (rpm). Se usó una solución 1 N de ácido sulfúrico (H2SO4) para ajustar la dispersión de repulpado a pH 5. Se usó NaHCO3 (1000 ppm) para tamponar la dispersión de repulpado a pH 7. Se usó Na2CO3 (1000 ppm) para tamponar la dispersión de repulpado a pH 9, y se usó una mezcla de Na2CO3 (1000 ppm) y NaOH para tamponar la dispersión de repulpado a pH 12. Se controló la temperatura del agua usando una camisa calefactora eléctrica envuelta alrededor del exterior de la mezcladora.
Se tomaron muestras de la suspensión de pasta cada 15 minutos. El grado de repulpado se cuantificó comparando cada muestra con la serie de patrones de repulpado mostrados en la Figura 5. Se considera que un valor del índice de repulpado de "5" es aceptable para uso comercial.
Ejemplo 5 - Repulpabilidad de diversas mezclas de cera/H?-AKD
Se prepararon muestras de cartón recubierto con Paraflex®4797A, H2-AKD y Paraflex®4797A/H2-AKD usando los métodos descritos en los Ejemplos 2 y 3. Las absorciones de cera total promediaron el 50 % del peso del cartón recubierto. La repulpabilidad se midió a pH que oscilaban de 5 a 12, a temperaturas de repulpado de 40 °C, 50 °C y 60 °C usando el método descrito en el Ejemplo 4 (Véanse las Tablas 1-3).
El cartón recubierto con 100 % de cera Paraflex®4797A repulpó lentamente a temperaturas por debajo de su punto de fusión de 59 °C. El valor de índice de repulpado más alto obtenido para el cartón recubierto con 100 % de cera Paraflex®4797A fue solo 2,5 a temperaturas de repulpado por debajo de su punto de fusión (medido después de dos horas de repulpado a 50 °C y pH 12). Aumentar la temperatura de repulpado a 60 °C, por encima del punto de fusión de la cera, aumentó enormemente la tasa de repulpado del cartón recubierto con 100 % de cera Paraflex®4797A. Sin embargo, la cera se vuelve pegajosa y forma depósitos pesados a las temperaturas de repulpado alrededor de su punto de fusión produciendo problemas operacionales.
Añadir H2-AKD a la cera paraflex®4797A mejoró la repulpabilidad del cartón recubierto con cera a lo largo del intervalo completo de pH y temperaturas de repulpado probadas.
La cantidad de mejora (frente al 100 % de cera Paraflex®4797A) dependió del pH de repulpado y el porcentaje de H2-AKD añadido a la cera. En general, la repulpabilidad de la composición de H2-AKD o H2-AKD/cera mejoró a
medida que aumentó el pH de 5 a 12. A pH 12 y 50 °C, las composiciones de H2-AKD/Paraflex 4797A que contenían al menos 15% de H2-AKD repulparon rápidamente a temperaturas por debajo del punto de fusión de la cera (temperatura de repulpado de 50 °C). Se observaron mejoras en la repulpabilidad a niveles de adición de H2-AKD de tan solo aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 10 % del recubrimiento de cera total. La repulpabilidad del 5 cartón recubierto con H2-AKD y H2-AKD/cera también mejoró a medida que aumentó el porcentaje de H2-AKD en el recubrimiento. El recubrimiento de 100 % de H2-AKD repulpó el más rápidamente. A pH 12, el papel recubierto con 100% de H2-AKD dio repulpabilidad "aceptable" (índice de repulpabilidad de al menos "5") a temperaturas de tan solo 40 °C.
Tabla 1 - Repulpabilidad de recubrimientos de cera - 40 °C
pH 7
Tiempo de repulpado (minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
2 3,5 6 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 1 1 1 1,5 1,5 2 2
5
95 1 1 1 1 1,5 1,5 2 2
10
90 1 1 1 1 1,5 1,5 2 2
15
85 1 1 1 1,5 1,5 1,5 2 2
25
75 1 1 1,5 1,5 2 2 2 2
50
50
1 1,5 2 2 2,5 2,5 3 3
100
0 1 1,5 2 2 2 3 3 3
10
pH 9
Tiempo de repulpado minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
2 3 a 4 6 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 1 1 1 a 2 1 a 2 1 a 2 1 a 2 1 a 2
5
95 1 1 1 a 2 1 a 2 1 a 2 1 a 2 1 a 2 2
10
90 1 1 1 a 2 1 a 2 1 a 2 1 a 2 2 2
15
85 1 1 1 1 a 2 2 2 2 2 a 3
25
75 1 1 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3 2 a 3
50
50
1 2 2 a 3 2 a 3 3 3 3 a 4 3 a 4
100
0 1 2 2 a 3 2 a 3 3 3 3 a 4 4
pH 12
Tiempo de repulpado minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
2 3 a 4 6 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 1 1 1 a 2 1 a 2 2 a 3 2 a 3 2 a 3
5
95 1 1 1 a 2 1 a 2 2 2 2 a 3 3
10
90 1 1 1 a 2 1 a 2 2 2 2 a 3 3
15
85 1 2 2 3 3 3 a 4 3 a 4 3 a 4
25
75 1 1 2 a 3 3 3 3 a 4 3 a 4 3 a 4
50
50
1 2 2 a 3 3 3 a 4 4 4 a 5 5
100
0 1 2 2 a 3 3 3 a 4 4 4 a 5 5
Tabla 2 - Repulpabilidad de recubrimientos de cera - 50 °C
pH 5
Tiempo de repulpado minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
2 3 a 4 6 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 1 1 1 1 1 1 1
5
95 1 1 1 a 2 1 a 2 1 a 2 2 2 2
10
90 1 1 1 a 2 1 a 2 1 a 2 2 2 2 a 3
15
85 1 1 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3 2 a 3
25
75 1 1 2 2 2 a 3 2 a 3 2 a 3 2 a 3
50
50
1 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3 3 3
100
0 1 1 2 2 2 2 a 3 3 3
pH 7
Tiempo de repulpado (minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
2 3 a 4 6 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 1 1 2 2 2 2 a 3 2 a 3
5
95 1 1 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3 3
10
90 1 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3 2 a 3 2 a 3
15
85 1 1 a 2 1 a 2 2 a 3 3 3 3 3
25
75 1 a 2 2 2 a 3 3 3 3 a 4 3 a 4 3 a 4
50
50
1 a 2 2 1 a 3 3 3 3 a 4 4 4
100
0 1 a 2 2 2 a 3 3 3 3 a 4 4 4
pH 9
Tiempo de repulpado (minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
2 3 a 4 6 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 1 1 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3
5
95 1 1 1 a 2 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3
10
90 1 1 1 a 2 2 2 2 2 a 3 2 a 3
15
85 1 1 1 a 2 2 2 2 2 a 3 2 a 3
25
75 1 1 1 a 2 2 2 2 a 3 2 a 3 3
50
50
1 1 a 2 2 2 a 3 3 3 a 4 3 a 4 3 a 4
100
0 1 2 2 3 4 4 4 a 5 6
pH 12
Tiempo de repulpado (minutos)
H2 AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
4 8 8 N/A N/A N/A N/A N/A
0
100 1 1 1 a 2 2 2 2 2 a 3 2 a 3
5
95 1 a 2 2 2 a 3 3 3 a 4 4 4 4
10
90 1 a 2 2 2 2 a 3 3 a 4 3 a 4 4 5
15
85 2 3 3 a 4 4 a 5 6 8 8 N/A
25
75 3 4 a 5 6 7 8 N/A N/A N/A
50
50
3 5 6 7 8 N/A N/A N/A
100
0 2 5 6 7 8 N/A N/A N/A
Tabla 3 - Repulpabilidad de recubrimientos de cera - 60 °C
pH 5
Tiempo de repulpado (minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
1 a 2 4 6 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 2 3 3 a 4 3 a 4 4 4 4
5
95 1 2 3 3 a 4 3 a 4 4 4 4
10
90 1 2 3 a 4 3 a 4 4 4 a 5 5 5
15
85 1 2 3 a 4 3 a 4 4 4 5 5
25
75 1 a 2 2 a 3 3 3 a 4 4 a 5 5 5 5
50
50
1 a 2 2 a 3 4 5 a 6 8 N/A N/A N/A
100
0 1 a 2 2 a 3 3 a 4 6 8 N/A N/A N/A
pH 7
Tiempo de repulpado (minutos
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
3 a 4 5 a 6 7 a 8 8 N/A N/A N/A
0
100 1 2 3 3 a 4 N/A 4 5 5 6
5
95 1 2 3 3 a 4 4 5 5 6
10
90 1 2 3 4 4 5 5 a 6 6
15
85 1 2 a 3 3 4 4 a 5 5 a 6 6 6 a 7
25
75 1 a 2 2 a 3 3 3 a 4 5 a 6 6 a 7 7 7
50
50
2 3 4 6 8 N/A N/A N/A
100
0 2 3 3 a 4 6 a 7 8 N/A N/A N/A
5
10
15
20
25
30
pH 9
Tiempo de repulpado (minutos),
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
3 a 4 5 7 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 2 3 4 4 a 5 6 6 a 7 7
5
95 1 2 a 3 3 3 a 4 4 a 5 6 7 7
10
90 1 2 3 3 a 4 5 6 a 7 7 7 a 8
15
85 1 2 3 4 5 6 a 7 7 7 a 8
25
75 2 3 4 4 5 6 N/A N/A
50
50
2 a 3 5 a 6 7 a 8 8 N/A N/A N/A N/A
100
0 2 a 3 5 a 6 7 a 8 8 N/A N/A N/A N/A
pH 12
Tiempo de repul pado (minutos)
% de H2-AKD
% de cera 15 30 45 60 75 90 105 120
Blanco
3 a 4 5 a 6 7 a 8 8 N/A N/A N/A N/A
0
100 1 2 a 3 4 a 5 5 5 a 6 6 a 7 7 a 8 8
5
95 1 3 4 a 5 5 a 6 6 7 8 N/A
10
90 2 a 3 3 a 4 5 6 a 7 7 a 8 8 N/A N/A
15
85 3 4 5 a 6 6 a 7 7 a 8 8 N/A N/A
25
75 3 4 6 7 8 N/A N/A N/A
50
50
3 a 4 5 a 6 7 a 8 8 N/A N/A N/A N/A
100
0 3 a 4 5 a 6 7 a 8 8 N/A N/A N/A N/A
Ejemplo 6 - Resistencia al agua de diversas mezclas de cera/H?-AKD
Se llevó a cabo la prueba de Cobb de treinta (30) minutos de cartón recubierto con Paraflex®4797A, H2-AKD y Paraflex®4797A/H2-AKD usando el método de Tappi T441. Los resultados se muestran en la Tabla 4. El cartón sin encolar o sin recubrir dio poco o ningún encolado de Cobb de 30 minutos (valor superior a 300 g/m2). El cartón recubierto con 100% de cera Paraflex®4797A dio altos niveles del encolado de Cobb de 30 minutos (valor de encolado de Cobb inferior a 5 g/m2, el valor de encolado de Cobb disminuye a medida que aumenta la resistencia al agua). Se mantuvieron niveles similares de encolado de Cobb a niveles de adición de H2-AKD de hasta el 25 % en Paraflex®4797A. Los niveles de adición de 50 % y 100 % de H2-AKD en Paraflex®4797A dieron valores de encolado de Cobb de 30 minutos entre 15 y 35 g/m2, un nivel mucho más alto de encolado que la muestra de control sin recubrir.
Se llevó a cabo la prueba de MVTR de cartón recubierto con Paraflex®4797A, H2-AKD y Paraflex®4797A/H2-AKD usando el método de Tappi T448. La prueba se llevó a cabo a 23 °C y 85 % de humedad relativa durante un periodo de cinco días. Se usó una disolución saturada de bromuro de potasio para controlar la humedad en la cámara de pruebas al 85 %. Los resultados se muestran en la Tabla 4. Los resultados de MVTR mostraron que el cartón sin recubrir dio poca o ninguna resistencia a la transmisión de vapor de humedad (MVTR superior a 500 g/m2/día). Añadir el recubrimiento de 100% de Paraflex®4797A redujo la tasa de transmisión de vapor de la humedad a menos de 25 g/m2/día. El cartón recubierto con Paraflex®4797A/H2-AKD dio niveles similares de resistencia al vapor de humedad a niveles de adición de H2-AKD de hasta el 50 %. El cartón recubierto con 100 % de H2-AKD dio un nivel ligeramente más bajo de resistencia al vapor de humedad. El cartón recubierto con 100 % de H2-AKD tuvo una resistencia al vapor de humedad más alta que el cartón sin tratar.
Los resultados de repulpabilidad, encolado de Cobb y MVTR descritos en los Ejemplos 5 y 6 ilustran que añadir H2- AKD a un recubrimiento de cera comercial mejora la reciclabilidad y repulpabilidad de tableros recubiertos mientras mantiene altos niveles de resistencia al agua y vapor de agua. Variaciones, modificaciones y otras implementaciones de lo que se describe en el presente documento se producirán para aquellos expertos habituales en la materia sin apartarse de las características esenciales de las presentes enseñanzas. Por consiguiente, la invención pretende incluir todas aquellas modificaciones e implementaciones, y sus equivalentes, como se cubre por el alcance de las reivindicaciones.

Claims (16)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Una composición que comprende la fórmula I:
    en la que
    imagen1
    R es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud;
    R1 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que contiene de 2 a 34 átomos de carbono;
    R2 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud;
    R, R1 y R2 pueden independientemente contener opcionalmente un grupo funcional cíclico; y n es un número entero de 0 a 6; y
    la composición comprende además al menos una cera adicional y opcionalmente comprende un material de polímero termoplástico, resinas de hidrocarburo, poli(acetato de etileno), polietileno, o cualquier combinación de los mismos.
  2. 2. La composición según la reivindicación 1, en la que n es un número entero de 0 a 3; y puede ser 0.
  3. 3. La composición según la reivindicación 1, en la que R y R2 tienen de aproximadamente 10 a aproximadamente 22 carbonos de longitud; pueden tener de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 carbonos de longitud; y pueden tener de aproximadamente 12 a aproximadamente 18 carbonos de longitud.
  4. 4. La composición según la reivindicación 1, en la que la al menos una cera adicional tiene un punto de fusión de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 200 °C; y puede tener un punto de fusión de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 85 °C.
  5. 5. La composición según la reivindicación 1, en la que la al menos una cera adicional es una cera de parafina o cera microcristalina.
  6. 6. Un método de fabricación de un papel y cartón que comprende:
    a) proporcionar una composición según una composición que comprende la fórmula I:
    imagen2
    en la que
    R es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud;
    R1 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que contiene de 2 a 34 átomos de carbono;
    R2 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud;
    R, R1 y R2 pueden independientemente contener opcionalmente un grupo funcional cíclico; y n es un número entero de 0 a 6; y
    la composición comprende opcionalmente además al menos una cera adicional y opcionalmente comprende un material de polímero termoplástico, resinas de hidrocarburo, poli(acetato de etileno), polietileno, o cualquier combinación de los mismos;
    b) poner en contacto la composición de a) con un material de pasta;
    c) formar un papel o cartón; y
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    d) opcionalmente, aplicar la composición de fórmula I a la superficie del papel o cartón.
  7. 7. El método según la reivindicación 6, en el que el papel o cartón se forma y la composición de a) se aplica a la superficie del papel o cartón formado.
  8. 8. Un papel o cartón producido según el método de las reivindicaciones 6 o 7.
  9. 9. Un método para aumentar la repulpabilidad de un papel o cartón que comprende: proporcionar un papel o cartón;
    aplicar a la superficie del papel o cartón una composición que comprende la fórmula I:
    imagen3
    en la que
    R es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud;
    R1 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que contiene de 2 a 34 átomos de carbono;
    R2 es un alquilo de cadena ramificada o lineal que tiene al menos 6 átomos de carbono de longitud;
    R, R1 y R2 pueden independientemente contener opcionalmente un grupo funcional cíclico; y n es un número entero de 0 a 6; y
    la composición de fórmula I opcionalmente comprende además al menos una cera adicional; y repulpar el papel o cartón.
  10. 10. El método según la reivindicación 9, en el que la composición comprende opcionalmente un material de polímero termoplástico, resinas de hidrocarburo, poli(acetato de etileno), polietileno, o cualquier combinación de los mismos.
  11. 11. El método según la reivindicación 9, en el que el pH de repulpado es de aproximadamente 5 a aproximadamente 14; puede ser de aproximadamente 7 a aproximadamente 12; y puede ser de aproximadamente 9 a aproximadamente 12.
  12. 12. El método según la reivindicación 9, en el que la temperatura de repulpado es de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 100 °C; puede ser de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 70 °C; y puede ser de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 60 °C.
  13. 13. El método según la reivindicación 9, en el que la composición de fórmula I comprende de aproximadamente el 1 % al 100 % del peso total de la composición; puede comprender de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 50 % de peso total de la composición; y puede ser del 15 % al 25 % del peso total de la composición.
  14. 14. El método según la reivindicación 9, en el que la composición de fórmula I comprende de aproximadamente el 15% a aproximadamente el 25% del peso total de la composición; la temperatura de repulpado es de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 60 °C; y el pH de repulpado es de aproximadamente 9 a aproximadamente 12.
  15. 15. Un papel o cartón recubierto obtenido por un método que comprende:
    a) proporcionar un papel o cartón
    b) aplicar la composición de la reivindicación 1 a la superficie del papel o cartón.
    imagen4
    Figura 1
    imagen5
    Cera
    imagen6
    Figura 2
    imagen7
    imagen8
    imagen9
    Indice de contenido de motas
    lndkc N.“: , Contenido de molas
    Indice N
    Contcnkio do motas
    41,0%
    ü,¿5%
  16. 0.05%
    Medido según’S-fecfd-
    2lppar, jiur jCciIdiefr^g
    Directiva V/18/62, con placa perforada de 0,7 nim
    Figura 5
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