ES2801780T3

ES2801780T3 - Procedimiento de elaboración de papel, cartón o similares

Info

Publication number: ES2801780T3
Application number: ES16781945T
Authority: ES
Inventors: Christopher Michael Lewis; William James Garrisi
Original assignee: Kemira Oyj
Current assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: US20180327974A1; PL3481994T3; WO2018063271A1; EP3481994B1; CA3033181C; BR112019002209B1; KR20190018019A; BR112019002209A2; CN109790684B; KR102105941B1; CN109790684A; PT3481994T; EP3481994A1; US10954633B2; CA3033181A1

Abstract

Un procedimiento para elaborar papel, cartón o similar que comprende - proporcionar una suspensión de fibra celulósica; - opcionalmente diluir la suspensión de fibra; - suministrar la suspensión de fibra a una caja de distribución, drenar la suspensión de fibra sobre un tamiz para formar una red húmeda de papel, cartón o una capa individual de los mismos, combinar opcionalmente la capa individual con otras capas que se están formando simultáneamente, prensar y secar la red húmeda para obtener el papel o cartón; en donde la suspensión de fibra celulósica comprende al menos 40% sobre una base en peso seco, basado en papel, cartón o capa individual de los mismos, de material de fibra reciclado, y tiene una conductividad de al menos 1,5 mS/cm medida en la caja de distribución del papel, cartón o capa individual de los mismos; y en donde un copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos que tiene un peso molecular promedio en peso de al menos 1.000.000 g/mol y una densidad de carga superior a 0,2 meq/g (base seca) medida por el detector de cargas Mutek a pH 4,0, y micropartículas silíceas inorgánicas que comprenden sol de sílice que tiene un grado de agregación caracterizado por un valor de S menor de 40% se añaden a la suspensión de fibra de forma secuencial o simultánea.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de elaboración de papel, cartón o similares

Campo de la técnica

La presente descripción se refiere a procedimientos mejorados para elaborar papel, cartón o similares a partir de una suspensión de fibra celulósica que comprende material de fibra reciclado, empleando un sistema aditivo químico específico.

Antecedentes

Durante un procedimiento típico de elaboración de papel, se diluye una suspensión de fibra celulósica que tiene una consistencia relativamente alta, la llamada pasta espesa, con aguas blancas u otras aguas circulantes en la pasta diluida, a continuación se suministra a una caja de distribución, se drena en un tamiz móvil (a menudo referido como rejilla de la maquina) para formar una red húmeda, que a continuación se prensa y se seca, en una sección de prensa y una sección de secado, respectivamente. Se conoce que la adición de aditivos químicos aumenta la retención de las fibras y otras sustancias tales como cargas, y también mejora la tasa de desaguado sobre la rejilla de la maquina y en la sección de prensa. Además, se han utilizado aditivos químicos para mejorar las propiedades de uso final de papel y cartón, con un enfoque en las propiedades de resistencia.

Un sistema aditivo típico para la retención y el drenaje utilizado en la elaboración de papel comprende la floculación de la suspensión de fibra mediante la adición de poliacrilamida de alto peso molecular (HMW), ya sea de carga catiónica o aniónica, el cizallamiento de los flóculos y la refloculación de los flóculos sometidos a cizallamiento mediante la adición de micropartículas silíceas inorgánicas tales como sílice o bentonita a la suspensión de fibra.

Debido al aumento de la sensibilización medioambiental y las regulaciones, los procedimientos de elaboración de papel están se han vuelto cada vez más estrictos respecto al uso de agua dulce, dando como resultado un aumento de la conductividad o resistencia iónica total, es decir, concentración de sal, en la suspensión de fibra. Al mismo tiempo, el contenido de fibra reciclada ha aumentado como fuente de fibra en la elaboración de papel. Las fibras obtenidas del material de fibra reciclado pueden haber sufrido varias rondas de reciclado, lo que deteriora la resistencia intrínseca de la fibra y la calidad general, tal como la longitud de la fibra, deteriorando así las propiedades de uso final del papel, particularmente la resistencia. La resistencia intrínseca reducida puede aumentar el riesgo de roturas de la red del papel, lo que tiene un impacto negativo sobre la productividad y la eficacia general del procedimiento. Una medida común para compensar la pérdida de resistencia consiste en aumentar el nivel de refinado del material de fibra. El objetivo del aumento del refinado es el 'desarrollo' al aumentar el área funcional exponiendo más grupos carboxilo, aumentando así la capacidad de las fibras para crear más enlaces de hidrógeno con otras fibras celulósicas y finos celulósicos y, posteriormente, aumentando la resistencia. Esta operación produce una disminución de la Norma Canadiense de Drenabilidad (CSF), que es una medida del drenaje de la pasta de papel. Un CSF más bajo reduce la tasa de drenaje, y las fibras recicladas débiles tienen una respuesta limitada al refinado adicional. La longitud de la fibra de la fibra reciclada disminuirá bruscamente después de una cantidad limitada de refinado, dando como resultado una reducción de varias propiedades de resistencia. Alternativamente, se pueden añadir aditivos de resistencia aniónica tales como CMC o poliacrilamida aniónica de bajo peso molecular a la suspensión de fibra, pero también esto a menudo conduce a una disminución en la tasa de drenaje, lo que aumenta la demanda de secado del papel o cartón, lo que requiere un aumento en el consumo de vapor en la sección de secado. La disponibilidad de vapor es limitada en las instalaciones de producción de papel. En consecuencia, la demanda de secado del cartón suele ser una etapa limitante de la tasa con respecto a las tasas de productividad. En el peor de los casos, la menor resistencia de la red del papel puede exigir una velocidad de máquina más baja y tasas de producción posteriores para mitigar los fallos de la red del papel en la máquina de papel.

Además de las fibras de baja calidad, los materiales de fibra reciclada pueden introducir niveles significativos de sustancias perjudiciales en el procedimiento de elaboración de papel. Esto puede incluir cenizas procedentes de pigmentos de recubrimiento, almidón, agentes de encolado, sustancias disueltas y coloidales. Estas sustancias transferidas al procedimiento de elaboración de papel pueden aumentar adicionalmente la carga coloidal general y la conductividad de la suspensión de fibra, que se acumula en el circuito de agua del procedimiento. Estos materiales pueden causar taponamientos y depósitos en el equipo y el papel producido.

Se ha observado que el rendimiento de los conceptos convencionales de drenaje y retención utilizando poliacrilamidas HMW de carga catiónica o aniónica, disminuye cuando se utiliza en suspensiones de fibra que tienen una conductividad elevada, y sustancias disueltas y coloidales. La pérdida del rendimiento del polímero conduce a una disminución en el drenaje, la retención de fibra y finos de fibra, y el desagüe por prensado, lo que aumenta la demanda de secado del papel, limitando la productividad de la máquina de papel. Si bien este tipo de suspensiones y condiciones de fibra requerirían dosificaciones más altas de la poliacrilamida HMW, el aumento de la dosificación no aborda el problema por completo. La poliacrilamida HMW no se puede aumentar infinitamente sin un eventual exceso de floculación la suspensión de fibra, lo que reduce las tasas de desaguado del prensado y causa una formación deficiente, reduciendo la productividad y la resistencia, respectivamente.

Los polímeros de bajo peso molecular (LMW), típicamente por debajo de 700.000 g/mol, de alta densidad de carga, se han utilizado para mejorar la eficacia de desaguado y prensado en ciertas calidades de papel, ya sea en los conceptos de uso solos o junto con la poliacrilamida catiónica HMW. Sin embargo, estos polímeros tienen una capacidad limitada para mantener la retención sin aumentar las dosificaciones, lo que puede conducir a un exceso de cationización del procedimiento. Al proporcionar las propiedades de retención, resistencia y drenaje deseadas con un sistema de 3 componentes que comprende el polímero de alta densidad de carga LMW, la poliacrilamida catiónica HMW y las micropartículas silíceas resulta difícil el control, se añade complejidad al procedimiento y todavía puede no ser capaz de proporcionar las propiedades de papel y productividad deseadas en las condiciones difíciles de alta conductividad, baja calidad de fibra y aumento de carga, p. ej., de cenizas, almidón, cola, sustancias disueltas y coloidales.

Por lo tanto, existe una necesidad constante de sistemas de aditivos químicos que proporcionen una productividad mejor al procedimiento de elaboración de papel y toleren una conductividad elevada sin una pérdida sustancial de rendimiento.

La publicación de patente US2015/041092 describe un método para mejorar la retención de almidón mediante el concepto de aditivos, que comprende tratar las fibras primero con un coagulante y después con un floculante. El coagulante se puede seleccionar del grupo que comprende también material silíceo tal como sílice coloidal.

La publicación de patente WO2013/179139 describe un método para mejorar la retención y el desaguado en el procedimiento de elaboración de papel, en cuyo método la pasta de papel se trata con un sistema de desaguado/retención que comprende una resina de poliamina poliamidoamina epihalohidrina (PPAE). Además, el sistema puede comprender una resina polimérica funcionalizada con aldehído o micropartículas de sílice. La publicación de patente US2010/326615 describe un sistema aditivo para mejorar el drenaje y la retención del extremo húmedo en la elaboración de papel utilizando GPAM con una densidad de carga de más de 1 meq/g y sílice coloidal. Así mismo, la referencia citada WO2016/034776 describe que la sílice coloidal se puede utilizar como auxiliar de retención.

La publicación de patente US5603805 describe un sistema aditivo para mejorar la retención y el desaguado en la producción de papel. Los soles de sílice se añaden combinados con polímeros catiónicos con una base de acrilamida.

Compendio

El objeto de la presente invención es minimizar o incluso eliminar las desventajas existentes en la técnica anterior cuando se utilizan cantidades elevadas de material de fibra reciclado.

De acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento para elaborar papel, cartón o similar caracterizado por lo que se presenta en la reivindicación independiente.

El procedimiento típico de acuerdo con la invención para elaborar papel, cartón o similares comprende proporcionar una suspensión de fibra celulósica; opcionalmente diluir la suspensión de fibra; suministrar la suspensión de fibra a una caja de distribución, drenar la suspensión de fibra sobre un tamiz para formar una red húmeda de papel, cartón o una capa individual de la misma, opcionalmente combinar la capa individual con otras capas que se están formando simultáneamente, prensar y secar la red húmeda para obtener el papel o cartón; en donde la suspensión de fibra celulósica comprende al menos 40% sobre una base en peso seco, basado en papel, cartón o la capa individual de la misma, de material de fibra reciclado, y tiene una conductividad de al menos 1,5 mS/cm medida en la caja de distribución del papel, cartón o capa individual de los mismos; y en donde se añaden un copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos, y micropartículas silíceas inorgánicas a la suspensión de fibras de forma secuencial o simultánea.

Una ventaja del procedimiento de acuerdo con la presente descripción es que se puede obtener una mejor productividad incluso cuando se utilizan cantidades sustanciales de material de fibra reciclado de baja calidad y suspensión de fibra que tiene una conductividad elevada, sin pérdida sustancial de rendimiento del sistema de aditivos químicos, que comprende copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos (en lo sucesivo, también denominado GPAM catiónico o simplemente GPAM), y micropartículas silíceas inorgánicas.

Otra ventaja del procedimiento de acuerdo con la presente descripción es que se puede obtener una mejor resistencia del papel incluso cuando se utilizan cantidades sustanciales de material de fibra reciclado de baja calidad al tiempo que se proporciona una fácil susceptibilidad de separación de fibras de papel y cartón.

Otra ventaja más del procedimiento de acuerdo con la presente descripción es que se puede obtener un mejor desaguado sobre la rejilla y especialmente en la prensa, permitiendo de ese modo un ahorro de vapor, es decir, de energía y/o mayor productividad.

Otra ventaja más del procedimiento de acuerdo con la presente descripción es que, dado que el sistema de aditivos químicos de la presente descripción tolera conductividades elevadas sin pérdida sustancial de rendimiento, la circulación de agua en la planta papelera se puede cerrar, es decir, la cantidad de agua dulce añadida se puede mantener reducida, disminuyendo así el impacto medioambiental del procedimiento de elaboración de papel.

Las ventajas adicionales de la invención se describen e ilustran en las siguientes Figuras y Descripción Detallada.

Breve descripción de las figuras

Los dibujos adjuntos, que se incluyen para proporcionar una comprensión adicional de la invención y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran ciertas realizaciones de la invención y, junto con la descripción, ayudan a explicar los principios de la invención. En los dibujos:

La Figura 1 es un diagrama esquemático de un procedimiento de elaboración de papel que ilustra dónde se pueden añadir los componentes del sistema de aditivos químicos (A representa micropartículas silíceas inorgánicas y B representa el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos) en el procedimiento de elaboración de papel y cartón de la presente descripción.

La Figura 2 es un gráfico de los datos de eficacia de drenaje del Ejemplo 1 que emplea una poliacrilamida catiónica HMW combinada con un sol de sílice altamente estructurado de un área de superficie altamente específica.

La Figura 3 es un gráfico de los datos de retención coloidal superiores, medidos por la turbidez del Ejemplo 1 empleando el programa combinado de CPAM/Sílice 3 con GPAM 1 sobre sol de sílice y CPAM solo.

La Figura 4 es un gráfico de los datos de eficacia de drenaje del Ejemplo 1 que emplea un GPAM de estructura doble con carga convencional (GPAM 1) combinada con cuatro soles de sílice de diferentes valores de SSA y S.

La Figura 5 es un gráfico de los datos de eficacia de drenaje del Ejemplo 1 que emplea un GPAM de alta carga (GPAM 2) combinada con dos soles de sílice de diferentes valores de SSA y S.

La Figura 6 es un gráfico que compara los datos de retención coloidal del Ejemplo 1 que emplea GPAM 1 o GPAM 2 con cuatro soles de sílice de diferentes valores de SSA y S.

La Figura 7 es un gráfico de datos de eficacia de drenaje del Ejemplo 2 que emplea una premezcla de GPAM 1 y una poliamidoamina epiclorhidrina (PAE) no termoendurecible (NTS) con dos soles de sílice de diferentes valores de de SSA y S.

La Figura 8 muestra un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de productividad en términos de velocidad de la máquina para la máquina de papel Fourdrinier de dos capas del Ejemplo 3 que emplea una premezcla de GPAM 1 y una poliamidoamina epiclorhidrina (PAE) no termoendurecible (NTS) aplicada en la succión de la bomba del tanque de alimentación y CPAM HMW aplicada en la entrada del tamiz de presión, con dos soles de sílice de diferentes valores de SSA y S aplicados después del tamiz de presión.

La Figura 9 muestra un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de retención coloidal para la máquina de papel Fourdrinier de dos capas del Ejemplo 3 que emplea una premezcla de GPAM 1 y una poliamidoamina epiclorhidrina (PAE) no termoendurecible (NTS) aplicada en la succión de la bomba del tanque de alimentación y la CPAM HMW aplicada en la entrada del tamiz de presión, con dos soles de sílice de diferentes valores de SSA y S aplicados después del tamiz de presión.

La Figura 10 muestra un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de retención de sólidos para la máquina de papel Fourdrinier de dos capas del Ejemplo 3 que emplea una premezcla de GPAM 1 y una poliamidoamina epiclorhidrina (PAE) no termoendurecible (NTS) aplicada en la succión de la bomba del tanque de alimentación y CPAM HMW aplicada en la entrada del tamiz de presión, con dos soles de sílice de diferentes valores de SSA y S aplicados después del tamiz de presión.

La Figura 11 muestra un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de retención coloidal para la máquina de papel Fourdrinier de dos capas del Ejemplo 4 que emplea GPAM 1 aplicado en la succión de la bomba del tanque de alimentación y CPAM HMW aplicada en la entrada del tamiz de presión, con dos soles de sílice de diferentes valores de SSA y S aplicados después del tamiz de presión.

La Figura 12 muestra un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de retención de sólidos para la máquina de papel Fourdrinier de dos capas del Ejemplo 4 que emplea GPAM 1 aplicado en la succión de la bomba del tanque de alimentación y CPAM HMW aplicada en la entrada del tamiz de presión, con dos soles de sílice de diferentes valores de SSA y S aplicados después del tamiz de presión.

La Figura 13 muestra un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de productividad en términos de velocidad de la máquina para la máquina de papel Fourdrinier de una sola capa del Ejemplo 5 que emplea GPAM 1 o GPAM 2 aplicados en la succión de la bomba del tanque de alimentación y CPAM HMW aplicada en la entrada del tamiz de presión, con un sol de sílice aplicado después del tamiz de presión.

La Figura 14 muestra un análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de resistencia en términos de prueba de compresión de acanaladura del corrugado (CFC) para la máquina de papel Fourdrinier de una sola capa del Ejemplo 5 que emplea GPAM 1 o GPAM 2 aplicados en la succión de la bomba del tanque de alimentación y CPAM HMW aplicada en la entrada del tamiz de presión, con un sol de sílice aplicado después del tamiz de presión.

Descripción detallada

La presente descripción está dirigida al descubrimiento inesperado de que en la fabricación de productos de papel o cartón que utilizan al menos 40% de material de fibra reciclado y fabricados con conductividad elevada, la productividad se puede mejorar significativamente mediante el uso de un GPAM catiónico combinado con sol de sílice.

Las desventajas del aumento de la carga de cenizas, almidón, cola, sustancias disueltas y/o coloidales, etc., que se originan a partir del material de fibra reciclado y se transmiten al procedimiento de la presente descripción, y las desventajas de la calidad de fibra deteriorada, se pueden minimizar o incluso eliminar mediante el uso del presente sistema de aditivos que proporciona una mayor resistencia, retención y drenaje del papel, especialmente el desaguado en prensa, y por lo tanto aumenta sustancialmente la productividad del procedimiento de elaboración de papel. Esto se puede lograr incluso cuando la conductividad de la suspensión de fibra celulósica se eleva debido, por ejemplo, a un sistema cerrado de agua, es decir, en un procedimiento de elaboración de papel donde la cantidad de efluente que sale de la planta se ha reducido, incluso a cero y se utiliza solo agua dulce para reemplazar el agua del procedimiento perdida por evaporación. Mediante el presente sistema de aditivos, el rendimiento del drenaje se puede mejorar, o al menos la pérdida del rendimiento del drenaje se puede eliminar o reducir, y el consumo de vapor se puede reducir o mantener durante el drenaje, el prensado y el secado. Al mismo tiempo, el presente sistema de aditivos mejora la resistencia, especialmente la resistencia en seco, del papel, cartón o similares. La mejor resistencia, combinada con el ahorro de vapor, permite una mayor velocidad de la máquina de papel con menor riesgo de rotura de la red de papel, lo que aumenta la eficacia de la máquina y mejora la productividad. Mediante el presente sistema de aditivos, también se puede aumentar el rendimiento de retención, o al menos se puede eliminar o reducir la pérdida del rendimiento de retención, lo cual es beneficioso especialmente debido a la mayor carga de sustancias disueltas y coloidales, cenizas, etc., que se originan del material de fibra reciclado. El mayor control de retención mejora la productividad, reduce el riesgo de depósitos y roturas de la red de papel, y reduce el coste de suministro, ya que las fibras, finos y coloides, cargas y otros aditivos se retienen de manera más eficaz en la red de papel. Una mayor retención reduce otros costes de aditivos y disminuye la carga de sustancias perjudiciales en el circuito de agua, lo que mejora la calidad del circuito de agua, reduciendo la demanda de tratamiento de agua. Además, la dosificación de GPAM catiónico del presente sistema de aditivos se puede aumentar mucho más allá de la dosificación de las CPAM HMW comúnmente utilizadas o los fijadores de alta carga sin causar floculación excesiva o cationización excesiva de la suspensión de fibra, de modo que se puede obtener un procedimiento y/o especificaciones del producto deseados tal como el consumo de vapor y la resistencia.

Como se emplea en la presente memoria, se entiende que los términos papel, cartón, producto de papel o cartón (estos términos se pueden utilizar indistintamente en la presente memoria) incluyen un material en lamina que contiene fibras de elaboración de papel y que también puede contener otros materiales. Los materiales de fibra adecuados que se van a utilizar en el presente procedimiento incluyen fibras naturales y sintéticas, por ejemplo, fibras celulósicas obtenidas mediante pasta de papel química, tal como pasta de papel de kraft o sulfito, pasta de papel semiquímica o pasta de papel mecánica; fibras blanqueadas o sin blanquear; fibras de madera o fibras procedentes de otros materiales; fibras derivadas de papel reciclado; fibras sintéticas; desechos de lodo activado (WAS); lodo de fibra recuperada; y cualquier mezcla de los mismos. Como se emplea en la presente memoria, se entiende que los términos red de fibra y red de papel incluyen tanto materiales en láminas de papel tanto en formación como formados.

El procedimiento de la presente descripción es adecuado para la fabricación de redes de fibra simples y múltiples productos de cartón. Dependiendo de la aplicación, el número de sustratos fibrosos en un producto de papel o cartón puede variar. El producto de papel puede tener más de un sustrato fibroso. En una realización, el producto de papel tiene dos o más sustratos fibrosos, p. ej., un producto de papel de dos capas o de múltiples capas. Cada una de las capas de un producto de múltiples capas puede tener diferentes propiedades y se puede formar a partir de suspensiones de fibra de celulosa que tienen diferentes cantidades de materiales de fibra reciclados y conductividades.

El procedimiento de la presente descripción se puede utilizar para la fabricación de diversas calidades de papel utilizando material de fibra reciclado, tal como, pero no limitado a, papel kraft, cartón de revestimiento, papel testliner, medio, acanalado, papel para bolsas, cartón prensado de color blanco, panel de yeso, cartón reciclado recubierto, cartón base o cartón plegable para cajas.

De acuerdo con una realización de la invención, el material de fibra reciclado se selecciona entre cartón corrugado antiguo, desechos de oficina mezclados, papel kraft de doble revestimiento, o cualquier mezcla de los mismos. Por Cartón Corrugado Utilizado (OCC) se entiende un material que comprende contenedores corrugados que tienen testliner, yute o papel kraft, y puede cubrir también cartón corrugado de doble clasificación (DS OCC). Por desechos de oficina mezclados (MOW) se entiende un material que contiene principalmente papeles xerográficos y papeles offset. Por papel kraft con doble revestimiento se entiende un material que comprende cartones, cajas, láminas o recortes de cartón corrugado limpio sin imprimir y clasificado, es decir, revestimiento de papel kraft o yute. La presencia de cualquiera de estos en el material de fibra celulósica disminuye el drenaje y la resistencia del papel, y proporciona una carga sustancial de sustancias disueltas y coloidales al procedimiento, lo que interfiere en el rendimiento de cualquier agente de retención catiónica y de resistencia en seco, resinas de resistencia en húmedo, además de provocar depósitos. Convencionalmente se ha utilizado un incremento del lavado para reducir las sustancias coloidales, sin embargo, esta operación no es deseable ni está típicamente disponible en sistemas cerrados.

De acuerdo con una realización de la invención, la suspensión de fibra celulósica puede comprender al menos 50%, preferiblemente al menos 60%, sobre una base en peso seco, basado en papel, cartón o capa individual del mismo, del material de fibra reciclado. El concepto aditivo de la presente descripción se realiza cuando se utilizan altas cantidades de materiales de fibra reciclados, incluso hasta 100%.

Según lo entendido por un experto en la técnica, la conductividad de una suspensión de fibra puede fluctuar en cierta medida cuando se lleva a cabo un procedimiento de elaboración de papel debido a varias razones, por ejemplo, debido a la fluctuación en la calidad de la materia prima o el grado de cierre del agua, es decir, el nivel de reposición de agua dulce para reemplazar el efluente existente. Por conductividad, como se emplea en la presente memoria, se entiende la conductividad de la suspensión de fibra de celulosa medida en cualquier momento de las condiciones de funcionamiento normales en la caja de distribución de papel, cartón o la capa individual de los mismos. Como ejemplo, mediante un procedimiento para elaborar papel o cartón, en donde la suspensión de fibra celulósica tiene una conductividad de al menos 1,5 mS/cm, se entiende un procedimiento de elaboración de papel que funciona a una conductividad de al menos 1,5 mS/cm medido en cualquier momento en condiciones normales de funcionamiento en la caja de distribución de papel, cartón o la capa individual de los mismos. En otras palabras, se excluyen las situaciones de mal funcionamiento, parada o arranque de operación, cuando la conductividad puede diferir significativamente de la conductividad de las condiciones normales de operación.

De acuerdo con una realización de la invención, la suspensión de fibra celulósica puede tener una conductividad de al menos 2,0 mS/cm, medida en la caja de distribución de papel, cartón o la capa individual de los mismos. El sistema aditivo de la presente descripción tolera una conductividad elevada, alta o incluso muy alta. En otras palabras, la conductividad elevada no conduce a una disminución sustancial de la resistencia, la retención y el efecto de mejora del drenaje del presente sistema de aditivos. En una realización de acuerdo con la invención, la suspensión de fibra celulósica puede tener una conductividad de al menos 3,0 mS/cm, o al menos 4,0 mS/cm, o incluso al menos 5,0 mS/cm, medido en la caja de distribución de papel, cartón o la capa individual de los mismos. Como se emplea en la presente memoria, la expresión "medida en la caja de distribución de papel, cartón o la capa individual de los mismos" tiene su significado común en el campo. Típicamente, la conductividad se mide a partir de la suspensión de fibra de la circulación corta, después de la adición del último aditivo, o de la corriente de agua de recirculación de la caja de distribución.

El copolímero catiónico glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos, comúnmente conocido como GPAM, es una resina de resistencia conocida que a menudo se considera un punto de referencia para generar resistencia en seco o resistencia en húmedo temporal. El polímero base de poliacrilamida se fabrica típicamente polimerizando acrilamida y monómeros catiónicos, p. ej., cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), que hace que el polímero se auto-retenga sobre las fibras. El GPAM es un polímero reactivo que puede unirse covalentemente con la celulosa tras el desaguado, proporcionando así una alta resistencia en seco, así como una resistencia inicial en húmedo, al papel. La reacción con la celulosa es reversible en agua, lo que produce que la resistencia en húmedo sea temporal, por lo que no afecta a la susceptibilidad de separación de fibras de papel y cartón.

Generalmente, el GPAM catiónico se prepara haciendo reaccionar glioxal con un polímero base de poliacrilamida catiónica, es decir, copolímero de acrilamida y monómeros catiónicos, en solución acuosa ligeramente alcalina y estabilizando en condiciones ácidas. Este método es bien conocido por un experto en la técnica. La cantidad de glioxal puede variar con la aplicación y puede ser de aproximadamente 10% a aproximadamente 100%, o de aproximadamente 40% a aproximadamente 50%, basado en el peso total del polímero base.

El GPAM catiónico, o copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos, como se emplea en la presente memoria, se refiere a productos GPAM de peso molecular medio que tienen densidades de carga catiónicas superiores a aproximadamente 0,2 meq/g (base seca) según se mide por el detector de cargas Mutek a pH 4,0, que es un método bien conocido para un experto en la técnica. El nivel mínimo es necesario para proporcionar una retención suficiente del GPAM catiónico a las fibras, y opcionalmente a otros materiales aniónicos en la suspensión de fibras. De acuerdo con una realización de la invención, la densidad de carga catiónica está en el intervalo de aproximadamente 0,2 - 5,0 meq/g. En otra realización, la densidad de carga catiónica puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,2 - 4,0 meq/g. De acuerdo con una realización preferida de la invención, la densidad de carga catiónica está en el intervalo de aproximadamente 0,2 - 3,5 meq/g. En realizaciones que tienen una retención de polímero particularmente alta, se utiliza un denominado GPAM catiónico de alta densidad de carga, en donde la densidad de carga catiónica es superior a aproximadamente 0,8 meq/g, preferiblemente superior a aproximadamente 1,0 meq/g. En realizaciones que tienen una retención de polímero particularmente alta, pero con una densidad de carga suficientemente baja del GPAM catiónico para facilitar que las dosificaciones elevadas alcancen el nivel de resistencia deseado sin cationizar en exceso el procedimiento, como puede ser el caso, por ejemplo, en procedimientos de elaboración de papel que utilizan altas cantidades de materiales de fibra reciclados débiles, la densidad de carga catiónica está en el intervalo de aproximadamente 0,8 - 3,0 meq/g, preferiblemente en el intervalo de 1,0 - 2,0 meq/g, y más preferiblemente entre 1,2 y 1,8 meq/g. En estas realizaciones, se puede lograr una retención aún mayor e incluso se pueden aplicar dosificaciones más altas para lograr la resistencia deseada sin el riesgo de cationizar en exceso el procedimiento. Además, se observó que el GPAM catiónico que tenía esta densidad de carga proporcionaba una retención especialmente buena de sustancias coloidales.

El polímero base de poliacrilamida catiónica de GPAM comprende unidades que se originan a partir de monómeros catiónicos y monómeros de acrilamida. Debe entenderse que la correspondencia entre la cantidad de los monómeros catiónicos utilizados en la fabricación del polímero base, expresada como % en moles o como % en peso, y la densidad de carga de GPAM final, depende, p. ej., del peso molecular del monómero catiónico y el grado de glioxalación. Las siguientes cantidades ilustrativas de los monómeros catiónicos utilizados en la fabricación del polímero base de poliacrilamida catiónica proporcionan las densidades de carga deseadas, especialmente cuando el monómero es cloruro de dialil dimetil amonio (DADMAC). En realizaciones, la cantidad de monómeros catiónicos en la fabricación del polímero base es superior a aproximadamente 3% en moles basado en los moles totales de monómeros polimerizables. De acuerdo con una realización de la invención, la cantidad de monómeros catiónicos está en el intervalo de aproximadamente 3 - 65% en moles, o aproximadamente 3 - 45% en moles. De acuerdo con otra realización, la cantidad de los monómeros catiónicos puede estar en el intervalo de aproximadamente 3 - 40% en moles. En realizaciones que tienen una retención de polímero particularmente alta, se utiliza un denominado GPAM catiónico de alta densidad de carga, en donde la cantidad de los monómeros catiónicos en la fabricación del polímero base es superior a aproximadamente 8% en moles, preferiblemente superior a aproximadamente 10% en moles. En realizaciones que tienen una retención de polímero particularmente alta, pero con una densidad de carga suficientemente baja de GPAM catiónico para facilitar que las dosificaciones elevadas alcancen el nivel de resistencia deseado sin cationizar en exceso el procedimiento, como puede ser el caso, por ejemplo, en procedimientos de elaboración de papel que utilizan altas cantidades de materiales de fibra reciclados débiles, la cantidad de los monómeros catiónicos está en el intervalo de aproximadamente 8 - 32% en moles. En realizaciones que tienen una retención incluso mayor y que facilitan dosificaciones aún mayores, la cantidad de los monómeros catiónicos está en el intervalo de aproximadamente 10-20% en moles, preferiblemente aproximadamente 11-17% en moles. El polímero base de poliacrilamida catiónica puede comprender solo un tipo de monómeros catiónicos, o puede comprender más de un tipo de monómeros catiónicos.

De acuerdo con una realización de la invención, la cantidad de monómero de acrilamida utilizada en la fabricación del polímero base de poliacrilamida catiónica es inferior a aproximadamente 97% en moles basándose en los moles totales de monómeros polimerizables. De acuerdo con una realización de la invención, la cantidad de monómero de acrilamida puede estar en el intervalo de aproximadamente 97 - 35% en moles, o aproximadamente 97 - 55% en moles. En algunas realizaciones, la cantidad de monómero de acrilamida puede estar en el intervalo de aproximadamente 97 -60% en moles. De acuerdo con una realización de la invención, la cantidad de monómero de acrilamida es inferior a aproximadamente 92% en moles, o inferior a aproximadamente 90% en moles. De acuerdo con una realización de la invención, la cantidad de monómero de acrilamida puede estar en el intervalo de aproximadamente 92 - 68% en moles. En algunas realizaciones, la cantidad de monómero de acrilamida puede estar en el intervalo de aproximadamente 90 - 80% en moles, o aproximadamente 89 - 83% en moles. La acrilamida puede ser acrilamida u otro monómero que contiene amina primaria, tal como metacrilamida, etilacrilamida, N-etil metacrilamida, N-butil metacrilamida o N-etil metacrilamida, o combinaciones de las mismas.

El monómero catiónico puede ser cualquier monómero catiónico adecuado utilizado generalmente en tales GPAM catiónicos. Los ejemplos generales de monómeros catiónicos incluyen alilamina, vinilamina, acrilatos y metacrilatos de dialquilaminoalquilo y sus sales cuaternarias o ácidas, que incluyen, pero no se limitan a, sal cuaternaria de acrilato de dimetilaminoetilo-cloruro de metilo (DMAEA.MCQ), sal cuaternaria de acrilato de dimetilaminoetilo-sulfato de metilo, sal cuaternaria de acrilato de dimetilaminoetilo-cloruro de bencilo, sal ácido sulfúrico-acrilato de dimetilaminoetilo, sal de ácido clorhídrico-acrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de metacrilato de dimetilaminoetilo-cloruro de metilo, sal cuaternaria de metacrilato de dimetilaminoetilo-sulfato de metilo, sal cuaternaria de metacrilato de dimetilaminoetilo-cloruro de bencilo, sal de ácido sulfúrico-metacrilato de dimetilaminoetilo, sal de ácido hidroclóricometacrilato de dimetilaminoetilo, dialquilaminoalquilacrilamidas o metacrilamidas y sus sales cuaternarias o ácidas tales como cloruro de acrilamidopropiltrimetilamonio, sal cuaternaria de dimetilaminopropil acrilamida-sulfato de metilo, sal de ácido sulfúrico-dimetilaminopropil acrilamida, sal de ácido hidroclórico-dimetilaminopropil acrilamida, cloruro de metacrilamidopropiltrimetilamonio, sal cuaternaria de dimetilaminopropil metacrilamida-sulfato de metilo, sal de ácido sulfúrico-dimetilaminopropilmetacrilamida, sal de ácido hidroclórico-dimetilaminopropilmetacrilamida, cloruro de dialildietilamonio. Los grupos alquilo pueden ser alquilo C1 -4.

De acuerdo con una realización de la invención, el monómero catiónico se selecciona entre cloruro de dialil dimetil amonio (DADMAC), 2-vinilpiridina, 4-vinilpiridina, 2-metil-5-vinil piridina, cloruro de 2-vinil-N-metilpiridinio, cloruro de pvinilfeniltrimetilamonio, cloruro de p-vinilbenciltrimetilamonio, metacrilato de 2-(dimetilamino)etilo, cloruro de trimetil(pvinilbencil)amonio, p-dimetilaminoetilestireno, dimetilaminopropil acrilamida, metilsulfato de 2-metilacroil-oxietiltrimetil amonio, cloruro de 3-acrilamido-3-metilbutil trimetil amonio, acrilato de 2-(dimetilamino)etilo, cloruro de [2-(acrilamido)etil]trimetilamonio, cloruro de [2-(metacrilamido)etil]trimetilamonio, cloruro de [3-(acrilamido)propil]-trimetilamonio, cloruro de [3-(metacrilamido)propil]-trimetilamonio, N-metil-2-vinilpiridinio, N-metil-4-vinilpiridinio, cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]-trimetilamonio, cloruro de [3-(acriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de [3-(metacriloiloxi)propil]trimetilamonio y combinaciones de los mismos. De acuerdo con una realización preferida de la invención, el monómero es cloruro de dialil dimetil amonio (DADMAC).

De acuerdo con una realización de la invención, el polímero base de poliacrilamida, es decir, el copolímero de acrilamida y monómeros catiónicos, comprende unidades que se originan a partir de monómeros de entrecruzamiento multifuncionales. En otras palabras, el polímero base se puede preparar polimerizando una mezcla de monómeros que comprende acrilamida, monómeros catiónicos y monómeros de entrecruzamiento multifuncionales. En estas realizaciones, el propio polímero base está estructurado o ramificado, y como la glioxalación proporciona un segundo nivel de estructuración, los GPAM finales elaborados de esta manera tienen lo que se describe como una estructura doble. La estructuración o ramificación del polímero base puede permitir un mayor peso molecular de GPAM, lo que puede mejorar el rendimiento de resistencia en la elaboración de papel. La estructuración o ramificación del polímero base también puede afectar al grado de glioxalación y, por lo tanto, el rendimiento de GPAM. Como se emplea en la presente memoria, el término "componente de monómero de entrecruzamiento multifuncional'' incluye monómeros bifuncionales así como monómeros multifuncionales. Los ejemplos de monómeros adecuados incluyen, pero no se limitan a, metilenbisacrilamida; metilenbismetacrilamida; cloruro de trialilamonio; cloruro de tetraalilamonio; diacrilato de polietilenglicol; dimetacrilato de polietilenglicol; N-vinil acrilamida; divinilbenceno; diacrilato de tetra(etilenglicol); cloruro de dimetilalilaminoetilacrilato de amonio; ácido dialiloxiacético, sal de Na; dialiloctilamida; producto etoxilado de triacrilato de trimetilolpropano; N-alilacrilamida N-metilalilacrilamida, y combinaciones de los mismos. La cantidad del componente de entrecruzamiento multifuncional puede variar. En realizaciones, la cantidad de monómero de entrecruzamiento es al menos aproximadamente 20 ppm, p. ej., de aproximadamente 20 a aproximadamente 20.000 ppm, o de aproximadamente 100 a aproximadamente 1.000 ppm, basándose en el peso total del polímero. Se pueden encontrar ejemplos de monómeros de entrecruzamiento multifuncionales adecuados, poliacrilamidas catiónicas estructuradas o ramificadas adecuadas y poliacrilamidas catiónicas estructuradas o ramificadas glioxaladas adecuadas en el documento WO 2006/016906.

De acuerdo con una realización de la invención, se puede utilizar un agente de transferencia de cadena como un componente opcional en la polimerización de la mezcla de monómeros que comprende acrilamida, monómeros catiónicos y opcionalmente monómeros de entrecruzamiento multifuncionales. Los ejemplos de agentes de transferencia adecuados se seleccionan del grupo que consiste en 2-mercaptoetanol; ácido láctico; alcohol isopropílico; tioácidos; e hipofosfito de sodio. Las cantidades del agente de transferencia de cadena pueden variar. Generalmente, tal agente de transferencia de cadena está presente en una cantidad de aproximadamente 0 a aproximadamente 15%, en algunas realizaciones de aproximadamente 0 a aproximadamente 10% en peso del copolímero.

Las expresiones copolímero de acrilamida y monómeros catiónicos, o polímero base de poliacrilamida catiónico, como se emplean en la presente memoria, también pueden abarcar copolímeros catiónicos preparados polimerizando acrilamida y una N-vinilamida, tal como N-vinilformamida, e hidrolizando al menos parcialmente el radical del monómero de N-vinilamida a una vinilamina. Además, las expresiones copolímero de acrilamida y monómeros catiónicos, o polímero base de poliacrilamida catiónico, como se emplea en la presente memoria, también pueden abarcar copolímeros catiónicos preparados por degradación parcial de Hoffman de una poliacrilamida.

Si el peso molecular del GPAM catiónico es muy alto o muy bajo, pueden no lograrse el rendimiento deseado en el procedimiento de elaboración del papel, así como las propiedades deseadas del papel, tales como la resistencia. El peso molecular del polímero base de poliacrilamida catiónico antes de la glioxalación contribuye de manera importante al peso molecular del GPAM final. De acuerdo con una realización de la invención, la poliacrilamida catiónica tiene un peso molecular en el intervalo de 500-1.000.000 Dalton, o en el intervalo de 1.000-100.000 Dalton. En algunas realizaciones de acuerdo con la invención, la poliacrilamida catiónica puede tener un peso molecular en el intervalo de 2.000-50.000 Dalton, en el intervalo de 3.000-40.000 Dalton, o en el intervalo de 5.000-30.000 Dalton.

De acuerdo con la invención, el GPAM catiónico tiene un peso molecular promedio en peso de al menos 1.000.000 g/mol, preferiblemente en el intervalo de 1.000.000 - 5.000.000 g/mol. Los polímeros que tienen este intervalo de peso molecular pertenecen a los llamados polímeros de peso molecular medio. Los métodos para medir el peso molecular promedio en peso son bien conocidos por los expertos en la técnica, por ejemplo, se puede utilizar la cromatografía de permeación en gel (GPC). En estas realizaciones se obtienen una buena resistencia, y mejoras en el drenaje y la retención. La masa relativa del GPAM catiónico también se puede caracterizar por la viscosidad intrínseca del polímero, que tiene relación con el peso molecular. Así, en las realizaciones, el GPAM catiónico tiene una viscosidad intrínseca de al menos 0,2 dl/g.

Las micropartículas silíceas inorgánicas pueden ser soles de sílice, sílice coloidal, partículas a base de sílice, microgeles de sílice, geles de sílice, polisilicatos, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeolitas, arcilla hinchable tal como bentonita, p. ej., bentonita de sodio, bentonita de calcio o bentonita de magnesio, o cualquier combinación de las mismas. Las micropartículas silíceas inorgánicas pueden comprender hectorita, esmectitas, montmorillonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, atapulgitas, laponita, sepiolitas o cualquier combinación de las mismas. Como se emplea en la presente memoria, por micropartículas se entiende partículas que tienen al menos una dimensión en escala micro o nano.

De acuerdo con una realización de la invención, las micropartículas silíceas inorgánicas pueden comprender bentonita.

De acuerdo con la invención, las micropartículas silíceas inorgánicas comprenden sol de sílice al proporcionar una mejor retención, especialmente de sustancias coloidales, y drenaje, en comparación con otras micropartículas silíceas inorgánicas.

Los soles de sílice se pueden caracterizar por su área de superficie y/o nivel de agregación o estructuración. La alta SSA y las dispersiones de sílice estructuradas o agregadas son beneficiosas en aplicaciones donde es deseable la floculación. El grado de agregación normalmente se caracteriza por el valor de S, que es una medida de la sílice (como porcentaje) en la fase dispersa. Los soles de sílice pueden no estar modificados o p. ej., estar modificados en la superficie, por ejemplo por aluminio, boro o fosfato.

De acuerdo con la invención, el sol de sílice tiene un valor de S inferior a 40%, preferiblemente inferior a 35%. De acuerdo con una realización de la invención, el sol de sílice puede tener un área de superficie específica de al menos 800 m2/g, preferiblemente al menos 900 m2/g. Estas realizaciones pueden proporcionar adicionalmente una mejor retención y drenaje en comparación con los soles de sílice con valores de S más altos o áreas de superficie específica más bajas. De acuerdo con una realización de la invención, el sol de sílice tiene tanto un valor de S inferior a 40% como un área de superficie específica de al menos 800 m2/g, preferiblemente el valor de S es inferior a 35% y el área de superficie específica es de al menos 800 m2/g o al menos 900 m2/g. Estas realizaciones pueden proporcionar adicionalmente una mejor retención y drenaje en comparación con los soles de sílice con el valor de S o el área de superficie específica fuera de dichos intervalos.

El GPAM catiónico y las micropartículas silíceas inorgánicas se pueden introducir en la suspensión de fibra de celulosa durante todo el procedimiento de elaboración del papel antes de la caja de distribución. De acuerdo con una realización de la invención, el GPAM catiónico y las micropartículas silíceas inorgánicas se introducen secuencialmente en la suspensión de fibra celulósica. De acuerdo con otra realización de la invención, el GPAM catiónico se añade a la suspensión de fibra antes de la adición de las micropartículas inorgánicas. En estas realizaciones, el GPAM catiónico tiene más tiempo para adsorberse sobre las fibras antes del suministro a la caja de distribución y el comienzo de la formación de la lámina, proporcionando así una mayor mejora de la resistencia al papel. Preferiblemente, el GPAM catiónico se añade a la suspensión de fibra antes de la adición de las micropartículas inorgánicas.

Típicamente, una suspensión de fibra que tiene una consistencia de más de 20 g/l se denomina pasta espesa, antes de que se diluya con aguas blancas hasta una pasta diluida. En realizaciones, el GPAM catiónico se añade a la suspensión de fibra que tiene una consistencia superior a 20 g/l. En estas realizaciones, el GPAM catiónico no solo tiene más tiempo para adsorberse sobre las fibras, sino que también está más cerca de las fibras debido a la mayor consistencia, proporcionando así la oportunidad de una mayor interacción, lo que proporciona una mejora en la resistencia del papel.

Las secuencias de adición también pueden incluir la aplicación de GPAM después de las micropartículas silíceas inorgánicas. De acuerdo con una realización de la invención, el GPAM catiónico y las micropartículas silíceas inorgánicas también se pueden introducir en la suspensión de fibra celulósica simultáneamente. Cuando se introducen simultáneamente, los componentes se pueden mantener separados antes de la adición, es decir, la adición es simultánea pero separada. En algunas realizaciones, las micropartículas silíceas inorgánicas y el GPAM catiónico se introducen tanto secuencialmente como simultáneamente.

El procedimiento de acuerdo con una realización de la invención puede comprender adicionalmente la adición de un floculante catiónico de alto peso molecular (HMW) a la suspensión de fibra, en donde el floculante catiónico HMW comprende un copolímero de acrilamida y monómeros catiónicos. El floculante catiónico HMW puede ser lineal o ramificado. La acrilamida y los monómeros catiónicos, en caso de ramificar los monómeros de entrecruzamiento multifuncionales, pueden ser los mismos que los descritos anteriormente para el polímero base de poliacrilamida del GPAM catiónico.

En una realización específica del procedimiento de elaboración de papel o cartón, se introduce un GPAM en la suspensión de fibra celulósica, a continuación se introduce un floculante CPAM HMW, seguido de micropartículas silíceas inorgánicas.

El procedimiento de acuerdo con una realización de la invención puede comprender adicionalmente la adición de un floculante a base de acrilamida aniónica a la suspensión de fibra, en donde el floculante a base de acrilamida aniónica comprende un copolímero de acrilamida y ácido acrílico, un homopolímero de ácido acrílico, una poliacrilamida sometida a hidrólisis alcalina parcial o completa, o cualquier combinación de los mismos. El floculante a base de acrilamida aniónica puede ser lineal o ramificado.

En realizaciones, la adición del GPAM catiónico y/o floculantes adicionales flocula la suspensión de fibra celulósica. Los flóculos formados se someten a diversos grados de tensión mecánica que degradan la estructura del flóculo a lo largo del procedimiento de elaboración del papel causado por las fuerzas de cizalla asociadas con el flujo de fluido en la tubería de aproximación o el equipo inductor de cizallamiento, tales como las bombas, p. ej., bomba de ventilador y tamices, p. ej., tamices de presión o de selección, denominadas en la presente memoria fases de cizallamiento. Los componentes del presente sistema de aditivos se pueden introducir en cualquier orden antes o después de cualquiera o todas las fases de cizallamiento. Los puntos de adición preferidos del GPAM catiónico y las micropartículas silíceas inorgánicas se presentan en la Fig. 1.

Los polímeros de alta carga de cadena corta o de bajo peso molecular (LMW) permiten la fijación o retención de parches de finos de fibra, cargas y partículas coloidales con la reducción de la carga superficial. La limitación de los coagulantes de bajo peso molecular (cadena corta) es la incapacidad de proporcionar suficiente retención bruta sin dosificaciones excesivas. Las dosificaciones necesarias para controlar el nivel de sustancias perjudiciales pueden empujar la carga del extremo húmedo al punto isoeléctrico, reduciendo la eficacia del mecanismo de retención natural.

Se produce una disminución en la retención, lo que da como resultado un mal comportamiento y una caída en la calidad de la lámina. Los flóculos formados a través del mecanismo de parche pueden volver a flocular de manera muy eficaz después de la exposición a las fuerzas de cizalla.

Los polímeros de cadena larga de alto peso molecular (HMW) tienen poca carga y generalmente son lineales, aunque a veces se utilizan versiones ramificadas o estructuradas. La floculación con polímeros HMW se logra mediante el llamado mecanismo de puente, en donde las colas y bucles del polímero HMW se extienden entre las superficies de la fibra y la partícula. Son eficaces para la retención grosera, sin embargo, la estructura del flóculo permite un nivel sustancial de agua "ligada" dentro del flóculo, lo que a menudo dificulta la eficacia de prensado de la lámina, que puede afectar negativamente la productividad. Los flóculos formados mediante un mecanismo de puente tienen un bajo nivel de refloculación después de un alto cizallamiento.

Sin desear estar limitado por ninguna teoría, se cree que el GPAM catiónico del presente sistema de aditivos proporciona un mayor grado de interacción con las fibras y otras partículas en la suspensión de fibras, en comparación con otros polímeros utilizados para la floculación. Se cree que la floculación por GPAM procede por medio de un mejor mecanismo de floculación de parche en donde el GPAM de peso molecular medio proporciona una mejor extensión del polímero desde la superficie de fibra/partícula, y por lo tanto una región de floculación más amplia. Sin embargo, el peso molecular del GPAM es lo suficientemente bajo como para que incluso las fuerzas de cizalla elevadas no degraden sustancialmente el polímero, y la refloculación se obtenga fácilmente mediante la adición de micropartículas silíceas inorgánicas. Se cree que en las realizaciones donde el GPAM catiónico se obtiene mediante la glioxalación de un copolímero de acrilamida, monómeros catiónicos y monómeros de entrecruzamiento multifuncionales, y por lo tanto tiene una estructura doble, el mejor rendimiento puede requerir la refloculación con micropartículas silíceas inorgánicas de alto rendimiento, tales como soles de sílice con un área de superficie elevada de al menos 900 m2/g o un valor de S bajo de menos de 35%, preferiblemente soles de sílice con un área de superficie elevada de al menos 900 m2/g y un valor de S bajo de menos de 35%. En realizaciones donde el GPAM catiónico tiene una alta densidad de carga, es decir, más de aproximadamente 0,8 meq/g, tal como más de aproximadamente 1,0 meq/g, se puede obtener un mejor rendimiento utilizando cualquier micropartícula silícea inorgánica, especialmente utilizando soles de sílice con cualquier área de superficie y valor de S. Se cree que la conformación del polímero en las superficies de fibra y partículas es especialmente beneficiosa en realizaciones en donde el GPAM catiónico tiene una densidad de carga de entre 1,0 y 2,0 meq/g, especialmente entre 1,2 y 1,8 meq/g.

De acuerdo con una realización de la invención, el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos se añade a la suspensión de fibra como una combinación con una poliamidoamina epihalohidrina (PAE). Estas realizaciones proporcionan adicionalmente un mejor rendimiento de resistencia, en comparación con el uso de GPAM catiónico solo. En realizaciones preferidas, la poliamidoamina epihalohidrina es una poliamidoamina epiclorhidrina no termoendurecible que tiene una razón molar de epi: amina secundaria en el intervalo de 0,01 - 0,8, preferiblemente en el intervalo de 0,01 - 0,5. Debido al contenido relativamente bajo de epi, la poliamidoamina epiclorhidrina no termoendurecible proporciona principalmente resistencia en seco al papel que se produce, sin un aumento esencial de la resistencia en húmedo permanente. La razón en peso de GPAM catiónico: poliamidoamina epihalohidrina no termoendurecible puede ser de 1:1 a 100:1, tal como 1:1 a 10:1 o 2:1 a 5:1. Estas realizaciones ayudan adicionalmente a mantener la susceptibilidad de separación de fibras de papel y cartón que se producen.

De acuerdo con las realizaciones de la invención, se puede añadir aún más aditivos para la elaboración de papel, tales como agentes de resistencia y/o floculantes adicionales, así como ayudas de retención, ayudas de drenaje, biocidas, antiespumantes, agentes abrillantadores, colorantes, agentes de encolado, fijadores, coagulantes o cualquier combinación de los mismos, a la suspensión de fibra de celulosa en cualquier momento antes de la caja de distribución.

Las cantidades adecuadas de cada uno de los GPAM catiónicos, las micropartículas silíceas inorgánicas y otros componentes posibles dependerán del componente particular, la composición del papel o cartón que se esté fabricando, las propiedades de la suspensión de fibra que incluyen, pero no se limitan a, la concentración de iones de calcio disuelto, demanda catiónica y carga coloidal, medida mediante turbidez filtrada, y consideraciones similares, y se determinan fácilmente sin experimentación excesiva en vista de la presente descripción y el conocimiento general común de un experto en la técnica. De acuerdo con una realización de la invención, el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos se añade en una cantidad de aproximadamente 0,025% a aproximadamente 1,0%, tal como de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 0,9%, sólidos secos basándose en el peso seco de la suspensión de fibra celulósica. De acuerdo con una realización de la invención, la bentonita se puede añadir en una cantidad de aproximadamente 0,05% a aproximadamente 0,5%, tal como de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 0,3%, sólidos secos, basándose en el peso seco de la suspensión de fibra celulósica. De acuerdo con una realización de la invención, el sol de sílice se puede añadir en una cantidad de aproximadamente 0,005% a aproximadamente 0,20%, tal como de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 0,10%, sólidos secos, basándose en el peso seco de la suspensión de fibra celulósica. En una realización preferida de la invención, el GPAM catiónico se añade en una cantidad de aproximadamente 0,025% a aproximadamente 1,0% de sólidos secos, basándose en el peso seco de la suspensión de fibra celulósica y el sol de sílice se añade en una cantidad de aproximadamente 0,005% a aproximadamente 0,20% de sólidos secos, basándose en el peso seco de la suspensión de fibra celulósica.

El procedimiento de la presente descripción puede comprender adicionalmente la adición de una carga nueva tal como carbonato de calcio precipitado o molido, caolín, talco o cualquier combinación de los mismos, en cantidades moderadas, tal como a lo sumo 5% sobre una base en peso seco, basado en el papel o cartón. En otras realizaciones, el procedimiento está libre de una carga inorgánica nueva. El contenido total de cenizas del papel o cartón fabricado puede ser sustancialmente mayor debido a la ceniza que se origina en el material de fibra reciclado (p. ej., pigmento de recubrimiento y carga) y transmitido al procedimiento de la presente descripción.

El sistema aditivo de la presente descripción se puede añadir a una suspensión de fibra de celulosa a varios pH de elaboración de papel, dependiendo de la aplicación. Típicamente, el sistema de aditivos de la presente descripción se añade a una suspensión de fibra de celulosa a un pH de elaboración de papel entre 4 y 8,5, preferiblemente a un pH de elaboración de papel entre 5 y 8, medido en las cajas de distribución de la máquina de papel. Por lo general, el GPAM funciona mejor en pH ácido a neutro, mientras que las micropartículas inorgánicas varían de pH neutro a alcalino y, por lo tanto, el rendimiento de este concepto funciona de manera óptima en este pH casi neutro. La Figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra generalmente un sistema típico de elaboración de papel que incluye un tanque de combinación, tanque de alimentación y un silo de aguas blancas. Normalmente, los diferentes materiales de fibra, incluido el material de fibra reciclado, se combinan en un tanque de combinación. En el tanque de alimentación, la suspensión de fibra celulósica está en forma de una pasta espesa que tiene una consistencia superior a 20 g/l. Esto se mide de acuerdo con el peso base deseado del papel o cartón que se está fabricando en la válvula de peso base, y se diluye con aguas circulantes en el silo. La suspensión de fibra puede pasar a continuación a través de limpiadores y una unidad de desaireación de la pasta (deculator). Las bombas se pueden utilizar en varias fases, tales como una bomba de tanque de combinación después del tanque de combinación para suministrar los materiales de fibra combinados al tanque de alimentación, una bomba del tanque de alimentación para suministrar la suspensión de fibra desde el tanque de alimentación hacia el silo de aguas blancas, una bomba limpiadora para suministrar la suspensión de fibra a los limpiadores, y una bomba de ventilador para suministrar la suspensión de fibra a la caja de distribución, pasando a través de los tamices de presión cuando se dirige a la caja de distribución. El sistema comprende adicionalmente la caja de distribución, el molde y la bandeja, seguidos de la sección de prensa y los secadores. La suspensión de fibra limpia y desaireada se suministra a la caja de distribución, se drena en un tamiz para formar una red húmeda de papel o cartón, y se prensa y se seca para obtener el papel o cartón. Si la red húmeda formada es una capa individual de cartón, se combina con otras capas que se están formando simultáneamente, y solo a continuación se prensa y se seca.

El diagrama de la Figura 1 ilustra adicionalmente los diversos puntos en el procedimiento de elaboración de papel donde el componente GPAM del sistema aditivo de la presente descripción ("B" en el diagrama), se puede añadir antes, después o simultáneamente con el componente de micropartículas silíceas inorgánicas del sistema de aditivos de la presente descripción ("A" en el diagrama), durante el procedimiento de elaboración del papel.

Como se muestra en la Figura 1, en las realizaciones, el GPAM se puede añadir directamente después del tanque de combinación, o directamente después del tanque de alimentación o antes o después de la válvula de peso base, o después del silo de aguas blancas, o antes o después de la bomba de ventilador, o entre el tamiz de presión y la caja de distribución, o utilizando cualquier combinación de estos puntos de adición. En realizaciones, se pueden añadir micropartículas silíceas inorgánicas antes de los limpiadores, o entre los limpiadores y la unidad de desaireación de la pasta, o entre la unidad de desaireación de la pasta y la bomba de ventilador, o entre la bomba de ventilador y del tamiz de presión, o entre el tamiz de presión y la caja de distribución, o utilizando cualquier combinación de estos puntos de adición.

De acuerdo con una realización de la invención, el GPAM catiónico se añade a la suspensión de fibra antes de la adición de las micropartículas silíceas inorgánicas.

De acuerdo con una realización de la invención, el GPAM catiónico se añade a la suspensión de fibra, a una pasta espesa o una pasta diluida (es decir, después del punto de dilución de la pasta espesa), en cualquier punto antes del tamiz de presión, preferiblemente en cualquier punto hasta el lado de succión de la bomba de ventilador, y se añaden las micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto después de la adición de GPAM.

El GPAM catiónico se puede añadir a la suspensión de fibra, a la pasta espesa, en cualquier punto después del tanque de alimentación, tal como el lado de succión de la bomba del tanque de alimentación, hasta el punto de dilución de la pasta espesa para obtener la pasta diluida, y se añaden las micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto. De acuerdo con una realización de la invención, el GPAM se añade a la suspensión de fibra, a la pasta diluida, en cualquier punto antes del tamiz de presión, preferiblemente en cualquier punto hasta el lado de succión de la bomba de ventilador, y se añaden las micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier momento después de la adición de GPAM.

Los siguientes son ejemplos de los puntos de adición preferidos del concepto aditivo de la presente descripción que incluyen de manera opcional el floculante catiónico de alto peso molecular:

Preferiblemente, se añade GPAM a la pasta espesa en cualquier punto después del tanque de alimentación, tal como al lado de succión de la bomba del tanque de alimentación, hasta el punto de dilución de la pasta espesa para obtener una pasta diluida, se añade una poliacrilamida catiónica de alto peso molecular (CPAM HMW) a la pasta diluida (es decir, después del punto de dilución de la pasta espesa) en cualquier punto hasta el tamiz de presión, y se añade bentonita como micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión; el GPAM se añade a la pasta espesa en cualquier punto después del tanque de alimentación, tal como en el lado de succión de la bomba del tanque de alimentación, hasta el punto de dilución de la pasta espesa para obtener la pasta diluida, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto después de del tamiz de presión, y se añade bentonita como micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto hasta el tamiz de presión; o se añade GPAM a la pasta diluida (es decir, después del punto de dilución de la pasta espesa) en cualquier punto antes del tamiz de presión, preferiblemente en cualquier punto hasta el lado de succión de la bomba de ventilador, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto hasta el tamiz de presión, y se añade bentonita como micropartículas silíceas inorgánicas a la solución de partida aguda en cualquier punto después del tamiz de presión; o se añade GPAM en cualquier punto a la pasta diluida antes del tamiz de presión, preferiblemente en cualquier punto hasta el lado de succión de la bomba de ventilador, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, y se añade bentonita como micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto hasta el tamiz de presión. Alternativamente, se añade GPAM a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, antes de CPAM HMW, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, y se añade bentonita como micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto hasta el tamiz de presión.

Preferiblemente, se añade GPAM a la pasta espesa en cualquier punto después del tanque de alimentación, tal como al lado de succión de la bomba del tanque de alimentación, hasta el punto de dilución de la pasta espesa para obtener la pasta diluida, se añade una poliacrilamida catiónica de alto peso molecular (CPAM HMW) a la pasta diluida (es decir, después del punto de dilución de la pasta espesa) en cualquier punto hasta el tamiz de presión, y se añade sol de sílice en forma de micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión; se añade GPAM a la pasta espesa en cualquier punto después del tanque de alimentación, tal como en el lado de succión de la bomba del tanque de alimentación, hasta el punto de dilución de la pasta espesa para obtener la pasta diluida, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, y se añade sol de sílice en forma de micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto hasta el tamiz de presión; o se añade GPAM a la pasta espesa en cualquier punto después del tanque de alimentación, tal como en el lado de succión de la bomba del tanque de alimentación, hasta el punto de dilución de la pasta espesa para obtener la pasta diluida, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, y se añade sol de sílice en forma de micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, después de la CPAM HMW; o se añade GPAM a la pasta diluida (es decir, después del punto de dilución de la pasta espesa) en cualquier punto antes del tamiz de presión, preferiblemente en cualquier punto hasta el lado de succión de la bomba de ventilador, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto hacia el tamiz de presión y se añade sol de sílice en forma de micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión; o se añade GPAM en cualquier punto a la pasta diluida antes del tamiz de presión, preferiblemente en cualquier punto hasta el lado de succión de la bomba de ventilador, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, y se añade sol de sílice en forma de micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto hasta el tamiz de presión; o se añade GPAM en cualquier punto a la pasta diluida antes del tamiz de presión, preferiblemente en cualquier punto hasta el lado de succión de la bomba de ventilador, se añade CPAM HMW a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, y se añade sol de sílice en forma de micropartículas silíceas inorgánicas a la pasta diluida en cualquier punto después del tamiz de presión, después de CPAM HMW.

Los siguientes Ejemplos se proporcionan para ilustrar, pero no para limitar, las características de la presente descripción de manera que los expertos en la técnica puedan poner en práctica mejor las características de la descripción expuesta en la presente memoria.

Ejemplo 1

La poliacrilamida glioxalada (GPAM) y el sol de sílice se evaluaron en conjunto, utilizando una suspensión de pasta celulósica de baja consistencia, con menos de 1% de sólidos, de fibra reciclada 100% (Cartón Corrugado Utilizado (OCC)) sintetizada a partir de aguas blancas de un procedimiento de muy baja consistencia y una pasta espesa de alta consistencia. La consistencia era de aproximadamente 0,1% y 4,5% de sólidos, respectivamente. Las aguas blancas se recogieron de la bandeja de la máquina de papel debajo de la rejilla en movimiento de la máquina de papel y la pasta espesa a partir de la aproximación de pasta del procedimiento de la máquina de papel. En el momento de la recolección de muestras, la conductividad en la caja de distribución era de aproximadamente 2.500 pS (microsiemens)/cm.

Se evaluaron dos polímeros GPAM catiónicos, un GPAM catiónico de estructura doble con carga convencional (GPAM 1) y un GPAM catiónico de alta carga (GPAM 2). La descripción de los polímeros GPAM se muestra en la Tabla 1.

Tabla 1

Los polímeros GPAM se evaluaron junto con diversas tecnologías de sol de sílice que tenían diferentes áreas de superficie específica y estructuras, según lo determinado por el valor de S. En la Tabla 2 se muestra la descripción de las propiedades de los soles de sílice evaluados.

Tabla 2

Las tasas de aplicación de los GPAM catiónicos y los soles de sílice fueron de 1,36, 2,72 y 4,08 kilogramos secos/tonelada de papel seco (3, 6, y 9 libras secas/toneladas de papel seco), y 0,22, 0,45, 0,68 kilogramos secos/tonelada de papel seco (0,5, 1,0, y 1,5 libras secas/toneladas de papel seco), respectivamente. Se aplicó una ayuda de retención de poliacrilamida catiónica de alto peso molecular (CPAM HMW) lineal a todas las muestras a una tasa de aplicación de 0,16 kilogramos secos por tonelada (0,35 libras secas por toneladas). Para cada experimento, se determinaron la eficacia de drenaje y la retención coloidal.

La eficacia del drenaje se determinó utilizando un Analizador de Drenaje Dinámico (DDA). Este dispositivo determinó la tasa de drenaje del líquido de una suspensión de pasta de papel celulósica de baja consistencia (típicamente menos de 1% de sólidos) a vacío. Se determinó el tiempo de drenaje en segundos. Los tiempos de drenaje más bajos indicaron un desaguado o drenaje más eficaces, lo cual es deseable.

Los datos de eficacia de drenaje cuando se emplea una poliacrilamida catiónica (CPAM) HMW con Sílice 3 se ilustran en la Figura 2. La Sílice 3 es un sol de sílice altamente estructurado de alta área específica (SSA), caracterizado por un bajo valor de S. Los datos comparan el rendimiento del sistema CPAM y Sílice 3 con y sin la inclusión de GPAM de estructura doble con carga convencional (GPAM 1). Los datos muestran que la adición de la GPAM de estructura doble con carga convencional (GPAM 1) puede mejorar significativamente la eficacia del drenaje sobre el programa CPAM/Sílice 3 solo, indicado por una reducción en el tiempo de drenaje de más de 30%. Los datos de permeabilidad también muestran esta tendencia. Además, la Figura 3 demuestra la retención coloidal superior, medida por la turbidez (menor es mejor), del programa combinado de CPAM/Sílice 3 con GPAM 1 sobre sol de sílice y CPAM solo. La inclusión de GPAM 1 proporciona una reducción de la turbidez de más de 45%.

Además del tiempo de drenaje (menor indica un desaguado más eficaz), también se muestran los datos de permeabilidad. Los valores más bajos de permeabilidad indican un lecho más seco, que apunta a un desaguado o drenaje más eficaces.

La retención coloidal se determinó por medición de turbidez en el producto filtrado drenado de la suspensión de pasta celulósica generada en la prueba de drenaje de DDA. Los valores de turbidez más bajos indicaron una mejor retención coloidal, lo cual es deseable.

El Mezclador DDA también se utilizó para preparar la pasta con los diversos aditivos descritos anteriormente. Se mezclaron aproximadamente 750 ml de pasta a 1.000 RPM con los aditivos aplicados en la secuencia resumida a continuación en la Tabla 3.

Tabla 3

Los datos de eficacia de drenaje cuando se utiliza GPAM de estructura doble con carga convencional (GPAM 1) se ilustran en la Figura 4. Se evaluaron varios soles de sílice con GPAM 1, a las cantidades de GPAM indicadas anteriormente (1,36 kilogramos secos por tonelada (3 libras secas por tonelada), 2,72 kilogramos secos por tonelada (6 libras secas por tonelada), y 4,08 kilogramos secos por tonelada (9 libras secas por tonelada)). Los datos ilustran que los soles de sílice altamente estructurados y de área de superficie elevada, caracterizados por su bajo valor de S, o los soles de sílice con un área de superficie específica (SSA) elevada, pueden mejorar significativamente la eficacia de drenaje (frente a la ausencia de sílice) a tasas de aplicación mucho más bajas que las combinaciones de GPAM de estructura doble de carga convencional con soles de sílice menos estructurados con un área de superficie inferior. Por otra parte, las combinaciones de GPAM con los soles de SSA alta y de bajo valor de S, fueron capaces de lograr eficacias que los soles de sílice menos estructurados con menor SSA no pudieron lograr a ninguna dosis elevada.

Los datos de eficacia de drenaje para un concepto aditivo que utiliza GPAM de alta carga (GPAM 2) se ilustran en la Figura 5. Se evaluaron Sílice 3 altamente estructurada (bajo valor de S) SSA alta, y Sílice 1 con poco estructurada (alto valor de S) SSA baja, con GPAM 2 en las cantidades de GPAM mencionadas anteriormente (1,36 kilogramos secos por tonelada (3 libras secas por tonelada), 2,72 kilogramos secos por tonelada (9 libras secas por tonelada), y 4,08 kilogramos secos por tonelada (9 libras secas por tonelada)). La Figura 5 ilustra que se observó un aumento muy pronunciado en la eficacia del drenaje (valores de tiempo de drenaje más bajos) con la adición de cualquier sol de sílice, incluso a la dosificación más baja. La eficacia de drenaje continuó mejorando con ambos soles de sílice, de manera similar, lo que indica que un amplio intervalo de propiedades de sílice, incluido el valor de S y el área de superficie, interactuaron de manera muy eficaz y similar con GPAM de alta carga (GPAM 2).

La Figura 6 compara los datos de retención coloidal obtenidos para GPAM de estructura doble con carga convencional (GPAM 1), con GPAM de alta carga (GPAM 2). (Los datos comparan los dos productos de GPAM con tres dosificaciones con los diversos soles de sílice de SSA y valor de S variables según la Tabla 2). Los valores de turbidez más bajos indican una mejor retención coloidal. Como se muestra en la Figura 4, los datos indicaron que el uso de cualquier sol de sílice con GPAM 2 proporcionó retención coloidal que no tenía comparación con ningún sol de sílice aplicado con GPAM 1, incluyendo la Sílice 3 muy altamente estructurada/muy bajo valor de S, SSA muy alta.

Ejemplo 2

El GPAM y el sol de sílice se evaluaron junto con la poliamidoamina epiclorhidrina no termoendurecible, utilizando una suspensión de pasta celulósica de baja consistencia, con menos de 1% de sólidos de fibra 100% reciclada (Cartón Corrugado Utilizado (OCC)) sintetizada a partir de aguas blancas de procedimiento de muy baja consistencia y pasta espesa de alta consistencia. La consistencia era de aproximadamente 0,02% y 4,3% de sólidos, respectivamente. Las aguas blancas se recogieron de la bandeja de la máquina de papel debajo de la rejilla en movimiento de la máquina de papel y la pasta espesa de la aproximación de pasta del procedimiento de la máquina de papel. En el momento de la recolección de la muestra, la conductividad en la caja de distribución era de aproximadamente 2.000 gS (microsiemens)/cm.

Se evaluó GPAM catiónico de estructura doble con carga convencional (GPAM 1), junto con poliamidoamina epiclorhidrina (PAE) no termoendurecible (NTS), donde GPAM 1 se premezcla o mezcla conjuntamente con la PAE NTS antes de la aplicación. La descripción del polímero de GPAM 1 se muestra en la Tabla 1.

La premezcla de polímero de GPAM 1 con la PAE NTS se evaluó junto con dos tecnologías de sol de sílice que tenían diferentes SSA y estructuras, según lo determinado por el valor de S, Sílice 3 y Sílice 5. La descripción de las propiedades de los soles de sílice evaluados se muestra en Tabla 2.

También se utilizó una poliacrilamida catiónica (CPAM) HMW lineal en la evaluación del programa y se evaluó a dos niveles - 0,33 seco #/T y 0,62 seco #/T. El GPAM de estructura doble con carga convencional (GPAM 1) se aplicó a 5 Seco #/T con PAE NTS a 2 Seco #/T en una premezcla. Los dos soles de sílice se aplicaron a intervalos entre 0,25 1,0 Seco #/T.

La secuencia de mezcla para la preparación de la pasta se muestra en la Tabla 4 a continuación.

Tabla 4

La eficacia del drenaje se determinó utilizando un Analizador de Drenaje Dinámico (DDA). Además del tiempo de drenaje (menor indica una desaguado más eficaz), también se muestran los datos de permeabilidad. Los valores más bajos de permeabilidad indican un lecho más seco, que apunta a una desaguado o drenaje más eficaces.

Los datos de drenaje se ilustran en la Figura 7. Los datos muestran que con la aplicación de premezcla de GPAM 1 con PAE NTS, cuando se utiliza junto con sol de sílice, la Sílice 3 con un bajo valor de S (altamente estructurado) SSA alta, claramente supera los sistemas que emplean una Sílice 5 de SSA moderada, estructura moderada. Esta diferencia se observa en dos niveles de aplicación de CPAM. Los datos indican que toma hasta cuatro (4) veces la dosificación de sol de sílice seco del sol de sílice estructura moderada de área de superficie moderada para igualar la eficacia del sol de sílice altamente estructurado de alta SSA.

Ejemplo 3

Se realizó una evaluación industrial en una máquina de papel Fourdrinier de dos capas que producía ciento setenta con ochenta y ocho (170,88) gramos por metro cuadrado (g/m2) (35 libras por mil pies cuadrados (lb/1000ft2)) de cartón revestido de alto rendimiento utilizando suministro de 100% Cartón Corrugado Utilizado (OCC). El peso base dividido entre la capa superior e inferior fue de 30% y 70%, respectivamente. El pH en la caja de distribución era de aproximadamente 6,9 y la conductividad (medida en la caja de distribución) era de aproximadamente 2.550 pS/cm. Se evaluó GPAM catiónico de estructura doble con carga convencional (GPAM 1) junto con una poliamidoamina epiclorhidrina (PAE) no termoendurecible (NTS), donde el GPAM cargado convencional (GPAM 1) se premezcló o mezcló conjuntamente con PAE NTS antes de la aplicación en la succión de la bomba del tanque de alimentación del procedimiento. Se evaluaron dos tecnologías de sol de sílice que tenían diferentes áreas de superficie específica y estructuras, según lo determinado por el valor de S. Se puede encontrar una descripción de GPAM y los soles de sílice utilizados en la evaluación en la Tabla 1 y la Tabla 2, respectivamente. Los soles de sílice se aplicaron en el tamiz de presión posterior. También se empleó una poliacrilamida catiónica lineal (CPAM) de alto peso molecular (HMW) en la evaluación del programa. La CPAM HMW se aplicó en la entrada del tamiz de presión. La Tabla 5 muestra las tasas de aplicación para los diversos aditivos.

Tabla 5

Los niveles de aditivos fueron esencialmente los mismos para todos los aditivos, con la excepción de los soles de sílice, donde la tasa de aplicación de Sílice 3 fue aproximadamente 28% menor que la de Sílice 5.

La Figura 8 muestra el análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de productividad en términos de velocidad de la máquina a través de la velocidad del rodillo de volteo de la rejilla para cada programa. También se muestra en la figura (círculos a la derecha) una comparación de la estadística t de Student para cada conjunto de datos. Los datos muestran que con el programa de GPAM 1 y PAE NTS, que emplean un sol de sílice altamente estructurado (bajo valor de S) y de alta SSA, Sílice 3, hay un aumento de velocidad de aproximadamente 1% que es estadísticamente significativo a un nivel de confianza 95, indicado por la separación de los círculos de la estadística t. El aumento de la velocidad se produce a una dosificación inferior a 28% de Sílice 3 en comparación con la dosificación de la Sílice 5 con estructura moderada, SSA moderada.

La Figura 9 muestra los datos de retención coloidal a través de la medición de turbidez en el agua de la rejilla (agua de la bandeja). Un análisis ANOVA unidireccional muestra que la turbidez media del sistema cuando se utiliza un programa de Sílice 3 de bajo valor de S, alta SSA, muestra una disminución estadísticamente significativa de más de 37% (a un nivel de confianza de 95%) en comparación con el programa que utiliza Sílice 5 con estructura moderada, SSA moderada, que ilustra las propiedades superiores de retención coloidal cuando se utiliza el sistema que emplea Sílice 3 en lugar de Sílice 5.

La Figura 10 muestra un ANOVA unidireccional similar de los datos de retención, medidos por la consistencia (sólidos) del agua de la rejilla (agua de la bandeja) para los dos programas de sílice. Los datos muestran la mejor retención de sólidos, indicada por los sólidos más bajos en el agua de la rejilla, cuando se emplea el sol de sílice altamente estructurado con SSA alta con el programa de GPAM 1 y PAE NTS. Se logró una reducción estadísticamente significativa de 23% de los sólidos del agua de la rejilla (a un nivel de confianza de 95%) con una dosis más baja de Sílice 3 en comparación con el programa de GPAM 1 y PAE NTS que emplea la Sílice 5 de SSA moderada y estructura moderada.

Ejemplo 4

Se realizó una evaluación industrial en una máquina de papel Fourdrinier de dos capas que producía doscientos cinco con trece (205,13) gramos por metro cuadrado (g/m2) (42 libras por mil pues cuadrados (lb/1000 ft2)) de cartón revestido utilizando material 100% Cartón Corrugado Utilizado (OCC). El peso base dividido entre la capa superior e inferior fue de 30% y 70%, respectivamente. El pH en la caja de distribución era de aproximadamente 6,9 y la conductividad (medida en la caja de distribución) era de aproximadamente 2.400 pS/cm. Se aplicó GPAM catiónico de estructura doble$ con carga convencional (GPAM 1) en la succión de la bomba del tanque de alimentación del procedimiento. Se evaluaron dos tecnologías de sol de sílice que tenían diferentes áreas de superficie específica y estructuras, según lo determinado por el valor de S, con el GPAM. Se puede encontrar una descripción de GPAM y los soles de sílice utilizados en la evaluación en la Tabla 1 y la Tabla 2, respectivamente. Los soles de sílice se aplicaron después del tamiz de presión. También se empleó una poliacrilamida catiónica lineal (CPAM) de alto peso molecular (HMW) en la evaluación del programa. La CPAM HMW se aplicó en la entrada del tamiz de presión. La Tabla 6 muestra las tasas de aplicación para los diversos aditivos.

Tabla 6

Los niveles de aditivos fueron esencialmente los mismos para todos los aditivos, con la excepción de los soles de sílice, donde la tasa de aplicación de Sílice 3 fue aproximadamente 28% menor que la de la Sílice 5.

La Figura 11 muestra los datos de retención coloidal a través de la medición de turbidez en el agua de la rejilla (agua de la bandeja). Un análisis ANOVA unidireccional muestra que la turbidez media del sistema cuando se utiliza un programa de Sílice 3 de bajo valor de S, alta SSA, muestra una disminución estadísticamente significativa de 37% (a un nivel de confianza de 95%) en comparación con el programa que utiliza Sílice 5 de estructura moderada, SSA moderada, que ilustra las propiedades superiores de retención coloidal cuando se utiliza un sistema que emplea Sílice 3 en lugar de Sílice 5.

La Figura 12 muestra un ANOVA unidireccional similar de los datos de retención, medidos por la consistencia (sólidos) del agua de la rejilla (agua de la bandeja) para los dos programas de sílice. Los datos muestran la mejor retención de sólidos, indicada por los sólidos más bajos en el agua de la rejilla, cuando se emplea el sol de sílice altamente estructurado de alta SSA con el programa de GPAM 1. Se logró una reducción estadísticamente significativa de 18% de los sólidos de agua de la rejilla (a un nivel de confianza de 95%) con una dosis más baja de Sílice 3 en comparación con el programa de GPAM 1 que emplea la Sílice 5 con SSA moderada, estructura moderada.

Ejemplo 5

Se realizó una evaluación industrial en una máquina de papel Fourdrinier de una sola capa que producía ciento setenta y cinco con setenta y seis (175,76) gramos por metro cuadrado (g/m2) (36 libras por mil pies cuadrados (lb/1000 ft2) de (cartón) medio utilizando material 100% Cartón Corrugado Utilizado (OCC). El pH en la caja de distribución era de aproximadamente 6,7 y la conductividad (medida en la caja de distribución) era de aproximadamente 3.150 pS/cm. Se evaluaron dos polímeros GPAM catiónico, un GPAM catiónico de estructura doble con carga convencional (GPAM 1) y un GPAM catiónico de alta carga (GPAM 2). La descripción de los polímeros GPAM se muestra en la Tabla 1.

Los polímeros GPAM se aplicaron en la succión de la bomba del tanque de alimentación del procedimiento. Se evaluó un sol de sílice altamente estructurado (bajo valor de S) de alta SSA, Sílice 3, con los dos polímeros GPAM diferentes. El sol de sílice se aplicó después del tamiz de presión. Se puede encontrar una descripción del sol de sílice en la Tabla 2. También se empleó una poliacrilamida catiónica lineal (CPAM) de alto peso molecular (HMW) en la evaluación del programa. La CPAM HMW se aplicó en la entrada del tamiz de presión. Además, el GPAM 1 se evaluó sin el sol de sílice (además de funcionar con el sol de sílice). La Tabla 7 muestra las tasas de aplicación para los diversos aditivos.

Tabla 7

Cabe señalar que para el sistema que no emplea Sol de Sílice 3, la dosificación de GPAM es un 20% más baja que los dos sistemas que utilizan Sol de Sílice 3 con GPAM 1 o GPAM 2. Sin la contribución de retención coloidal adicional del Sol de Sílice 3, la máxima eficacia del sistema se logró a 4,8 seco #/T. Más allá de esta tasa de aplicación, en ausencia de la alta SSA y el bajo valor de S, cualquier beneficio adicional no tuvo un coste eficaz con respecto a los parámetros de productividad y resistencia del cartón producido. Cuando se introdujo el Sol de Sílice 3 en el sistema de GPAM 1, la respuesta de dosificación con GPAM 1 aumentó de manera viable. Este aumento de la eficacia se traslado a continuación a la aplicación de GPAM 2.

La Figura 13 muestra el análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para los datos de productividad en términos de velocidad de la máquina a través de la velocidad de la bobina para cada uno de los tres (3) programas. También se muestra en la figura (círculos a la derecha) una comparación de la estadística t de Student para cada conjunto de datos. Los datos muestran que cuando se introduce sol de sílice de alta SSA con bajo valor de S, Sílice 3, en GPAM, se lograron velocidades de máquina más altas, indicadas por un aumento estadísticamente significativo de 2,8%. Cuando el GPAM 2 de alta carga reemplazó el GPAM 1 de estructura doble con carga convencional con la aplicación de Sílice 3, la productividad aumentó un 1,9% adicional.

La Figura 14 muestra el análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para la resistencia del cartón en términos de la prueba de compresión de acanaladura del corrugado (CFC) para cada uno de los tres (3) programas. Los datos muestran que no hay un aumento significativo en la resistencia cuando se introdujo Sílice 3, de bajo valor de S, alta SSA, en el sistema de GPAM 1. Esto se debe en parte al hecho de que la eficacia adicional de la adición de Sílice 3 se utilizó para aumentar la productividad (recuérdese la Figura 11). Con la inclusión de GPAM de alta carga (GPAM 2) hay un aumento estadísticamente significativo en la resistencia CFC de 5,9%, además del aumento de la productividad observado en la Figura 13.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para elaborar papel, cartón o similar que comprende

- proporcionar una suspensión de fibra celulósica;

- opcionalmente diluir la suspensión de fibra;

- suministrar la suspensión de fibra a una caja de distribución, drenar la suspensión de fibra sobre un tamiz para formar una red húmeda de papel, cartón o una capa individual de los mismos, combinar opcionalmente la capa individual con otras capas que se están formando simultáneamente, prensar y secar la red húmeda para obtener el papel o cartón;

en donde la suspensión de fibra celulósica comprende al menos 40% sobre una base en peso seco, basado en papel, cartón o capa individual de los mismos, de material de fibra reciclado, y tiene una conductividad de al menos 1,5 mS/cm medida en la caja de distribución del papel, cartón o capa individual de los mismos; y en donde un copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos que tiene un peso molecular promedio en peso de al menos 1.000.000 g/mol y una densidad de carga superior a 0,2 meq/g (base seca) medida por el detector de cargas Mutek a pH 4,0, y micropartículas silíceas inorgánicas que comprenden sol de sílice que tiene un grado de agregación caracterizado por un valor de S menor de 40% se añaden a la suspensión de fibra de forma secuencial o simultánea.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde la suspensión de fibra celulósica comprende al menos 50%, preferiblemente al menos 60%, sobre una base en peso seco, basado en papel, cartón o capa individual de los mismos, del material de fibra reciclado.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en donde la suspensión de fibra celulósica tiene una conductividad de al menos 2,0 mS/cm, medida en la caja de distribución del papel, cartón o la capa individual de los mismos.

4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el material de fibra reciclado se selecciona entre cartón corrugado utilizado, desechos de oficina mezclados, papel kraft de doble revestimiento, o cualquier mezcla de los mismos.

5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos se añade a la suspensión de fibra antes de la adición de las micropartículas inorgánicas.

6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos se añade a la suspensión de fibra que tiene una consistencia de más de 20 g/l.

7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos tiene un peso molecular promedio en peso en el intervalo de 1.000.000 - 5.000.000 g/mol.

8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos tiene una densidad de carga en el intervalo de 0,2 - 3,5 meq/g (base seca) según lo medido por el detector de cargas Mutek a pH 4,0.

9. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos tiene una densidad de carga superior a 0,8 meq/g, preferiblemente en el intervalo de 0,8 - 3,0 meq/q, más preferiblemente en el intervalo de 1,0 - 2,0 meq/g, y incluso más preferiblemente en el intervalo de 1,2 -1,8 meq/g.

10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos se añade a la suspensión de fibra en forma de una combinación con una poliamidoamina epihalohidrina.

11. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el sol de sílice tiene un valor de S menor de 35%.

12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el sol de sílice tiene un área de superficie específica de al menos 800 m2/g, preferiblemente al menos 900 m2/g.

13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el procedimiento comprende adicionalmente

- añadir un floculante catiónico de alto peso molecular a la suspensión de fibras, en donde el floculante catiónico de alto peso molecular comprende un copolímero de acrilamida y monómeros catiónicos.

14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el procedimiento comprende adicionalmente

- añadir un floculante a base de acrilamida aniónica a la suspensión de fibras, en donde el floculante a base de acrilamida aniónica comprende un copolímero de acrilamida y ácido acrílico, homopolímero de ácido acrílico, o cualquier mezcla de los mismos.

15. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en donde el copolímero glioxalado de acrilamida y monómeros catiónicos se añade en una cantidad de 0,025% a 1,0% de sólidos secos sobre una base en peso seco de la suspensión de fibra celulósica, y el sol de sílice se añade en una cantidad de 0,005% a 0,20% de sólidos secos sobre una base en peso seco de la suspensión de fibra celulósica.