ES2871534T3

ES2871534T3 - Composición de resistencia en seco, su uso, y método para la fabricación de papel, cartón o similares

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Publication number: ES2871534T3
Application number: ES17783901T
Authority: ES
Inventors: Matti Hietaniemi; Asko Karppi; Mikko Virtanen
Original assignee: Kemira Oyj
Current assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: US10781556B2; AU2017331486B2; CA3032886A1; KR20190062371A; RU2019108602A; RU2746075C2; BR112019000510B1; PL3516112T3; EP3516112A1; AU2017331486A1; RU2019108602A3; CN109563686B; WO2018055239A1; EP3516112B1; KR102456341B1; TWI729217B; US20190242065A1; CN109563686A; TW201821523A; BR112019000510A2

Abstract

Una composición acuosa de resistencia en seco adecuada para su uso en la fabricación de papel, cartón o similares, cuya composición comprende una mezcla, preparada por mezcla, de - 10 - 90% en peso de un componente polimérico sintético, que es un copolímero de acrilamida y al menos un monómero aniónico, que se selecciona de ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido itacónico , ácido crotónico, ácido isocrotónico y cualquiera de sus mezclas, o sus sales, teniendo el componente polimérico una anionicidad de 1 a 60% en moles, y - 10 - 90% en peso de un componente de almidón catiónico, que tiene un grado de sustitución de 0,025 - 0,3, el componente de polímero sintético y el componente de almidón catiónico proporcionan a la composición una densidad de carga en el intervalo de - 0,05 - 1 meq/g, cuando se mide a pH 2,8, y - -0,2 - -3 meq/g, cuando se mide a pH 7,0.

Description

DESCRIPCIÓN

Composición de resistencia en seco, su uso, y método para la fabricación de papel, cartón o similares

La presente invención se refiere a una composición de resistencia en seco y su uso, así como a un método para fabricar papel, cartón o similares según los preámbulos de las reivindicaciones independientes adjuntas.

En la fabricación de papel o cartón, las propiedades del material de fibra, así como del papel final, se modifican añadiendo diversos productos químicos al material de fibra antes de la formación de la banda de papel o cartón. Una propiedad, a menudo deseada para el papel o cartón final, es la resistencia en seco. Habitualmente se utilizan en la fabricación de papel polímeros sintéticos, aniónicos o catiónicos, para aumentar, por ejemplo, las propiedades de resistencia en seco del papel o cartón final. Estos polímeros se añaden al material de fibra, donde interactúan con los componentes del material, p.ej. fibras y/o cargas.

Sin embargo, las formas convencionales de aumentar las propiedades de resistencia en seco del papel tienen sus inconvenientes. Especialmente, no son óptimas cuando se fabrica papel o cartón con un alto contenido de cargas. Por ejemplo, se ha observado que los polímeros sintéticos tienen sus limitaciones cuando se utilizan como agentes de resistencia en seco. Los polímeros aniónicos se añaden a menudo junto con un componente catiónico. Como la superficie de la fibra también es aniónica, el componente catiónico es consumido tanto por las superficies de la fibra como por el polímero aniónico. El problema se vuelve más pronunciado si la pulpa contiene grandes cantidades de basura aniónica, es decir, tiene una alta demanda catiónica. Por razones prácticas, tales como la economía general del proceso, la dosis de componente catiónico al material de fibra no puede añadirse hasta el infinito. Como la dosificación del componente catiónico tiene limitaciones prácticas, también la dosificación del polímero aniónico está limitada en la práctica a un nivel que no proporciona necesariamente un aumento suficiente de las propiedades de resistencia en seco. Cualquier aumento adicional en la dosificación del componente aniónico solo aumentaría el contenido aniónico en el agua de proceso en circulación, y posiblemente conduciría a otros problemas de proceso debido al exceso de cargas aniónicas.

Otro desafío importante para los sistemas de resistencia en seco convencionales que comprenden polímeros catiónicos y aniónicos es la conductividad del material de fibra. Cuando la conductividad del material de fibra es alta, los enlaces iónicos a formarse entre los componentes del polímero son alterados y reemplazados por la formación de sal. La alta conductividad del material de fibra también puede provocar la compresión de la estructura tridimensional del polímero y cambiar el rendimiento del polímero. Los procesos de fabricación de papel y cartón que se operan con un bajo consumo de agua nueva, es decir, circulaciones de agua cerradas, a menudo tienen una alta conductividad.

Existe una necesidad constante de encontrar nuevas sustancias o composiciones eficaces que puedan utilizarse para aumentar las propiedades de resistencia en seco del papel y cartón producidos. Además, existe un deseo continuo de aumentar la cantidad de cargas en el material, así como el deseo de utilizar fibras recicladas con características de resistencia más bajas. Los productos químicos utilizados también deben ser rentables, fáciles de transportar y almacenar. La banda de fibras formada también debe ser fácil de deshidratar en las sucesivas etapas del proceso después de la formación de la banda, p.ej. la sección de prensado.

El documento US 2012/0118523 describe una composición de aditivo de resistencia en seco, que generalmente incluye una poliacrilamida aniónica y/o anfótera que tiene un peso molecular menor que 1.000.000 Da, en donde la poliacrilamida anfótera tiene una carga neta negativa; un polímero catiónico sin almidón que tiene una densidad de carga mayor que 1 meq/g a un pH 3. Los componentes de la composición pueden añadirse a una suspensión de pulpa secuencialmente o como una mezcla premezclada.

La solicitud de patente internacional WO 2014/072567 describe un método para tratar un material de fibra. Se añade al menos un primer agente catiónico al material. Por separado, y después de la adición del primer agente catiónico, se añade al menos un segundo agente aniónico en tal cantidad que la relación de la carga catiónica absoluta añadida a la carga aniónica absoluta añadida es de 1:0,1 a 1:0,95.

El documento EP 0234513 describe un aglutinante mejorado para la fabricación de papel que contiene tres ingredientes: un almidón catiónico que tiene un grado de sustitución de al menos 0,01, un polímero aniónico de alto peso molecular que tiene un peso molecular de al menos 500.000 y un grado de sustitución aniónica de al menos 0,01, y una sílice dispersa que tiene un tamaño de partícula que varía entre 1 y 50 nm.

La solicitud de patente internacional WO 2017/149200 describe una composición polimérica obtenida polimerizando en un medio de polimerización acuoso, que comprende almidón degradado, al menos (met)acrilamida y >2% en moles de al menos uno o más ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados. La composición polimérica tiene una carga neta aniónica a pH 7 y un contenido de sólidos secos de >5% en peso.

Un objeto de esta invención es minimizar o incluso eliminar las desventajas existentes en la técnica anterior.

Un objeto es también proporcionar una composición de resistencia en seco y un método que proporcione un aumento eficaz de las propiedades de resistencia en seco del papel o cartón final, así como una deshidratación eficaz de la banda, especialmente en la sección de prensado de una máquina de papel o cartón.

Otro objeto de esta invención es proporcionar una composición de resistencia en seco y un método que también sean adecuados para materias primas de fibra que tengan una alta demanda catiónica.

Otro objeto más de esta invención es proporcionar una composición de resistencia en seco y un método que también sean adecuados para materias primas de fibra que tengan una alta conductividad.

Estos objetos se logran con la invención que tiene las características que se presentan más adelante en las partes caracterizantes de las reivindicaciones independientes. Algunas realizaciones preferidas se describen en las reivindicaciones dependientes.

En la reivindicación 1 se reivindica una composición acuosa típica de resistencia en seco según la presente invención que es adecuada para su uso en la fabricación de papel, cartón o similares.

En la reivindicación 11 se reivindica un método típico según la presente invención para la fabricación de papel, cartón o similares, especialmente para aumentar las propiedades de resistencia del papel, cartón o similares.

Ahora se ha descubierto sorprendentemente que puede lograrse un aumento eficaz de las propiedades de resistencia en seco cuando se utiliza una composición de resistencia en seco que comprende tanto un componente de polímero sintético como un componente de almidón catiónico. Sin desear estar ligado a ninguna teoría, se supone que el componente de almidón catiónico proporciona una red tridimensional de largo alcance que interactúa con las fibras y las partículas de carga en el material de fibra. Se puede considerar que el componente de almidón actúa como un "portador" o "reticulador poliiónico'' para el componente polimérico sintético. La interacción del componente de almidón y el componente de polímero da como resultado una estructura que puede verse como un complejo poliiónico. El componente de almidón forma enlaces de hidrógeno y, por tanto, mejora el efecto de resistencia que se origina en los enlaces iónicos formados con el componente de polímero sintético. El componente de polímero sintético muestra una retención mejorada en la red de fibras debido a la red tridimensional proporcionada por el componente de almidón catiónico. Esto conduce a un mejor efecto de resistencia en seco, que se puede obtener con la misma cantidad de polímero sintético añadido.

La composición de resistencia en seco según la presente invención comprende tanto grupos aniónicos, que se originan principalmente del componente de polímero sintético, como grupos catiónicos, que se originan principalmente del componente de almidón. La carga neta de la composición de resistencia en seco se selecciona cuidadosamente para proporcionar un comportamiento óptimo a los diferentes valores de pH encontrados durante la preparación, almacenamiento y/o transporte de la composición, así como el uso de la composición.

Cuando la composición de resistencia en seco según la presente invención se utiliza junto con un agente de fuerza catiónica convencional, la composición de resistencia en seco puede formar un alto número de enlaces con el agente de fuerza catiónica debido a su naturaleza poliiónica, como se explicó anteriormente. Al pH del material, la composición de resistencia en seco muestra un elevado número de cargas aniónicas capaces de interactuar con el agente de fuerza catiónica, típicamente un polímero de fuerza catiónica. Por tanto, la composición de resistencia en seco puede interactuar eficazmente con el agente de fuerza catiónica también bajo alto cizallamiento y/o en un material de fibra que tenga una alta demanda catiónica y/o alta conductividad. El pH final denota el pH de la composición de resistencia en seco, que tiene ésta en el momento de la adición al material de fibra.

Además, se ha observado que el uso de la composición de resistencia en seco según la presente invención aumenta y mejora la deshidratación de la banda de fibras, especialmente en la sección de prensado. Esto significa que es posible lograr una banda de fibras con un alto contenido seco después de la sección de prensado, lo que reduce la necesidad de secado en la sección de secado real. En consecuencia, esto reduce la energía necesaria para el secado de la banda hasta el contenido seco final.

Según una realización de la invención, el componente de polímero sintético y el componente de almidón catiónico proporcionan a la composición de resistencia en seco una densidad de carga en el intervalo de 0,1 a 0,5 meq/g, preferiblemente de 0,15 a 0,3 meq/g, cuando se mide a pH 2,8, y -0,4 - -2,0 meq/g, preferiblemente -0,5 - -1,5, cuando se mide a pH 7,0. Según una realización de la invención, la composición de resistencia en seco puede tener una densidad de carga de -0,3 - -3,0 meq/g, preferiblemente de -0,4 - -3,0 meq/g, más preferiblemente de -0,5 - -3,0 meq/g, cuando se mide a pH 7,0. La densidad de carga definida a pH <3,5 es adecuada para facilitar la manipulación de la composición, y a pH >3,5 la densidad de carga es suficiente para asegurar la presencia de cargas aniónicas con el fin de proporcionar una interacción eficaz tanto con el componente de almidón como con las fibras y cargas en el material y para obtener un efecto de resistencia óptimo.

Según una realización preferida, la composición de resistencia en seco tiene una carga neta aniónica ya a pH 5,5, preferiblemente ya a pH 5,0, más preferiblemente ya a pH 4,5.

Cuando el valor de pH de la composición es <3,5, la densidad de carga de la composición de resistencia en seco se origina principalmente de los grupos cargados catiónicamente del componente de almidón catiónico. La densidad de carga de la composición de resistencia en seco a valores de pH >3,5 se origina principalmente de los grupos cargados aniónicamente del componente de polímero sintético. El componente de polímero sintético puede tener una densidad de carga de -0,3 - -7 meq/g, preferiblemente de -0,5 - -5 meq/g, más preferiblemente de -1 - -3 meq/g, incluso más preferiblemente de -1 - -2 meq/g, a pH 7, es decir, es aniónico a pH 7.

Según una realización, la composición de resistencia en seco puede tener un valor de pH <3,5 y un contenido de sólidos secos en el intervalo de 5 - 30% en peso, preferiblemente 10 - 20% en peso, más preferiblemente 12 - 17% en peso durante su fabricación, transporte y/o almacenamiento. A valores de pH ácido <3,5, los grupos aniónicos del componente polimérico están en forma ácida. Cuando el valor del pH disminuye, la interacción entre los grupos aniónicos del componente de polímero sintético y el componente de almidón catiónico disminuye. Por ejemplo, a valores de pH <3,2, los grupos aniónicos del componente de polímero sintético están casi exentos o completamente exentos de interacción con el componente de almidón catiónico cargado. Esto proporciona una viscosidad baja para una fácil preparación y manipulación de la composición, incluso con un alto contenido de sólidos. El alto contenido de sólidos de la composición es económico en relación al almacenamiento y transporte, ya que la misma cantidad de componentes activos requiere menos espacio. El pH de la composición se puede ajustar a un valor <3,5 mediante la adición de un ácido.

Cuando la composición de resistencia en seco está lista para añadirse al material de fibra, se diluye con agua y puede tener un valor de pH final en el intervalo de 3,8 - 6,0, preferiblemente 4 - 5,5, y un contenido de sólidos secos de <10% en peso, preferiblemente <5% en peso, más preferiblemente 0,5 - 4,5% en peso después de la dilución. Normalmente, la composición de concentración puede mostrar cargas tanto catiónicas como aniónicas en el pH final, es decir, en el pH de la adición. La densidad de carga definida a pH >3,5 es suficiente para proporcionar una interacción eficaz tanto con el componente de almidón como con las fibras y/o cargas en el material y para obtener un efecto de resistencia óptimo. Además, se ha observado que cuando la composición de resistencia en seco tiene un contenido de sólidos <10% en peso, puede mezclarse eficazmente con el material en el extremo húmedo de una máquina de papel o cartón. El contenido de sólidos de <5% es especialmente preferible cuando el componente de almidón comprende almidón no degradado.

Después de la adición al material de fibra, la composición de resistencia en seco pasa a un entorno en el que los grupos cargados de la composición de resistencia en seco son principalmente aniónicos. Esto significa que al pH del material de fibra, la composición de resistencia en seco es aniónica neta.

Según una realización de la invención, la composición de resistencia en seco comprende 10 - 90% en peso, preferiblemente 30 - 70% en peso, más preferiblemente 40 - 60% en peso, del componente de polímero sintético, y 10 - 90% en peso, preferiblemente 30 - 70% en peso, más preferiblemente 40 - 60% en peso del componente de almidón catiónico, calculado a partir del peso seco de la composición. Según una realización preferida de la invención, la relación del componente de polímero sintético al componente de almidón catiónico es 40:60 - 60:40, expresada como pesos secos. La relación del polímero sintético al componente de almidón catiónico se elige de modo que la composición de resistencia en seco sea aniónica neta al pH del material de fibra.

La composición de resistencia en seco comprende un componente de polímero sintético, que puede ser un copolímero de acrilamida y al menos un monómero aniónico. El copolímero puede ser lineal o reticulado. El polímero sintético se puede preparar mediante cualquier método de polimerización adecuado, tal como polimerización en solución, polimerización en dispersión, polimerización en emulsión, polimerización en gel o polimerización en perlas. Según una realización de la invención, el componente de polímero sintético de la composición de resistencia en seco se prepara mediante polimerización de acrilamida y al menos un monómero aniónico, que se selecciona de ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados o sus sales, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido itacónico, ácido crotónico, ácido isocrotónico y cualquiera de sus mezclas. Preferiblemente, el componente de polímero sintético se prepara mediante polimerización en solución de acrilamida y ácido acrílico.

En caso de que el componente polimérico sintético esté reticulado, se utiliza un reticulador en la polimerización en una cantidad de 100 - 1.000 mg/kg de monómeros, preferiblemente 100 - 500 mg/kg de monómeros. Los reticuladores adecuados son, por ejemplo, metilenbisacrilamida, éter divinílico de etilenglicol, éter divinílico de di(etilenglicol), éter divinílico de tri(etilenglicol), prefiriéndose metilenbisacrilamida.

Según una realización, el componente polimérico sintético no está reticulado o sólo está ligeramente reticulado utilizando un reticulador en la polimerización en una cantidad de 0,25 a 100 mg/kg de monómeros, preferiblemente de 0,5 a 10 mg/kg de monómeros, preferiblemente 0,75 - 5 mg/kg de monómeros.

El componente de polímero sintético puede tener una anionicidad de 3 - 40% en moles, preferiblemente 5 - 18% en moles, más preferiblemente 9 - 15% en moles. La anionicidad se refiere a la cantidad de unidades estructurales en el componente de polímero sintético que se originan de monómeros aniónicos. La anionicidad del componente de polímero sintético se selecciona para optimizar la unión de la composición de resistencia en seco a las fibras, cargas y/u otros constituyentes opcionales en el material y, por tanto, el efecto de resistencia en seco que se obtiene. En caso de que la cantidad de unidades que se originen de monómeros aniónicos sea demasiado baja, la composición de resistencia en seco no muestra la carga neta aniónica deseada, por lo que no se obtiene el efecto de unión y resistencia deseado. Por otro lado, si la cantidad de unidades que se originan a partir de monómeros aniónicos es demasiado alta, la dosis necesaria es demasiado pequeña para inducir el efecto de fuerza deseado. En el último caso, un aumento de la dosis solo conduce a un aumento del contenido aniónico en el agua de proceso circulante.

Según una realización de la invención, el componente polimérico sintético, preparado preferiblemente mediante polimerización en solución, puede tener un peso molecular medio ponderal, PM, >300 000 g / mol, preferiblemente > 500 000 g/mol. Preferiblemente, el peso molecular medio ponderal del componente de polímero sintético puede estar en el intervalo de 300 000 - 1 000 000 g/mol, más preferiblemente 400 000 - 1 000 000 g/mol, incluso más preferiblemente 500000 - 900000 g/mol. El peso molecular medio del componente de polímero sintético se selecciona cuidadosamente para proporcionar una función óptima en la composición de resistencia en seco. Se ha observado que, en caso de que el peso molecular medio sea demasiado alto, la viscosidad de la composición de resistencia en seco se vuelve fácilmente demasiado alta a un contenido de sólidos útil, o el contenido de sólidos se vuelve demasiado bajo si se desea una viscosidad útil. Un peso molecular medio demasiado bajo reduce el efecto de resistencia que se puede obtener.

Según otra realización, el componente polimérico sintético se obtiene mediante polimerización en gel adiabática seguida de secado, mediante polimerización en perlas en un disolvente o mediante polimerización en emulsión o polimerización en dispersión en medio salino acuoso, y tiene un peso molecular medio PM en el intervalo de 2 000 000 - 18000 000 g/mol, preferiblemente 4000 000 - 100000 000 g/mol.

En esta solicitud, el valor "peso molecular medio" se utiliza para describir la magnitud de la longitud de la cadena del polímero, e indica el peso molecular medio ponderal del polímero. Los valores de peso molecular medio se calculan a partir de los resultados de la viscosidad intrínseca medidos de una manera conocida en NaCl 1 N a 25 °C utilizando un viscosímetro capilar Ubbelohde. El capilar seleccionado es el apropiado, y en las mediciones de esta solicitud se utilizó un viscosímetro capilar Ubbelohde con una constante K = 0,005228. A continuación, se calcula el peso molecular medio a partir del resultado de la viscosidad intrínseca de una manera conocida utilizando la ecuación de Mark-Houwink, [q] = K M a, donde [q] es la viscosidad intrínseca, el peso molecular M (g/mol) y K y a son parámetros dados en Polymer Handbook, Cuarta Edición, Volumen 2, Editores: J. Brandrup, E.H. Immergut y E.A. Grulke, John Wiley & Sons, Inc., EE.UU., 1999, pág. VII/11 para poli(acrilamida). En consecuencia, el valor del parámetro K es 0,0191 ml/g y el valor del parámetro a es 0,71. El intervalo de peso molecular medio dado para los parámetros en las condiciones utilizadas es 490 000 - 3200 000 g/mol, pero se utilizan los mismos parámetros para describir la magnitud del peso molecular también fuera de este intervalo. Para polímeros que tienen un peso molecular medio bajo, típicamente alrededor de 1 000 000 g/mol o menos, el peso molecular medio se mide utilizando la medición de la viscosidad Brookfield a una concentración de polímero de 10% a una temperatura de 23 °C. El peso molecular [g/mol] se calcula a partir de la fórmula 1000 000 * 0,77 * In(viscosidad [mPas]). En la práctica, esto significa que para los polímeros cuya viscosidad Brookfield se puede medir y el valor calculado es inferior a <1 000000 g/mol, el valor calculado es el valor de PM aceptado. Si no se puede medir la viscosidad Brookfield o el valor calculado es superior a 1000 000 g/mol, los valores de PM se determinan utilizando la viscosidad intrínseca como se describe anteriormente.

La composición de resistencia en seco comprende, además del componente de polímero sintético, un componente de almidón catiónico, que es de origen natural. Según una realización preferida, el componente de almidón catiónico es almidón catiónico no degradado. En el presente contexto, esto significa almidón que ha sido modificado únicamente por cationización, y que no está degradado ni reticulado. Según una realización de la invención, el componente de almidón catiónico comprende unidades de almidón de las cuales al menos 70% en peso, preferiblemente al menos 80% en peso, más preferiblemente al menos 85% en peso, incluso más preferiblemente al menos 90% en peso, a veces incluso más preferiblemente al menos 95% en peso, tienen un peso molecular medio PM superior a 20000 000 g/mol, preferiblemente superior a 50000000 g/mol, más preferiblemente superior a 100000 000 g/mol, a veces incluso superior a 200 000 000 g/ mol. Cuando el componente de almidón catiónico no está degradado, la longitud de las moléculas de almidón proporciona un efecto de red tridimensional satisfactorio y una interacción óptima con el componente de polímero sintético así como con otros constituyentes del material de fibra, p.ej. fibras y/o cargas inorgánicas, así como agentes de fuerza catiónica que se han añadido por separado al material de fibra.

El componente de almidón catiónico puede ser almidón de patata, patata cérea, arroz, maíz, maíz céreo, trigo, cebada, batata o tapioca. Preferiblemente, el componente de almidón catiónico es almidón de maíz céreo y almidón de patata céreo. Según una realización preferida, el componente de almidón catiónico tiene un contenido de amilopectina >70%, preferiblemente >80%, más preferiblemente >85, incluso más preferiblemente >90%, a veces incluso más preferiblemente >95%.

El componente de almidón catiónico está en forma de una solución acuosa, lo que significa que el almidón se ha disuelto en agua, p.ej. por cocción. La cocción puede realizarse a una temperatura de 60 a 135 °C.

El almidón se puede cationizar mediante cualquier método adecuado. Preferiblemente, el almidón se cationiza utilizando cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio o cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio, prefiriéndose el cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio. También es posible cationizar el almidón utilizando derivados de acrilamida catiónicos, tales como cloruro de (3-acrilamidopropil)-trimetilamonio.

El componente de almidón catiónico puede tener un grado de sustitución de 0,025 - 0,3, preferiblemente 0,03 - 0,16, más preferiblemente 0,045 - 0,1. El grado de sustitución es relativo a la cationicidad del almidón. Los almidones catiónicos que tienen una cationicidad relativamente alta como se define se prefieren para su uso en la composición de resistencia en seco, ya que proporcionan el efecto de resistencia en seco mejorado, que se observa en el papel o cartón finales.

Según una realización preferida, la composición de resistencia en seco está exenta de polímeros sintéticos catiónicos.

La composición de resistencia en seco es una mezcla de un componente de polímero sintético y un componente de almidón catiónico. Los componentes de la composición de resistencia en seco pueden mezclarse entre sí antes de la adición de la composición al material de fibra, es decir, la composición se añade al material como una sola solución. En el presente contexto, la mezcla de un componente de polímero sintético y un componente de almidón catiónico se entiende como una mezcla o combinación de un componente de polímero sintético existente y un componente de almidón. Ambos componentes se encuentran en forma de una solución o dispersión en el momento de la mezcla. En otras palabras, no se debe interpretar que una mezcla cubre composiciones obtenidas polimerizando monómeros de un polímero sintético en presencia de un componente de almidón catiónico formando así injertos de almidón.

Según una realización, la composición de resistencia en seco según la presente invención puede prepararse mezclando eficazmente el componente de almidón en una solución de componente de polímero sintético, preferiblemente a pH <3,5. Si el pH es superior a 4,5 en la mezcla, puede haber un riesgo de formación de gel, especialmente si el contenido de sólidos de la composición es >12% en peso.

El componente de polímero sintético puede estar en forma de una solución o dispersión acuosa cuando se mezcla con el componente de almidón.

Según otra realización, las soluciones del componente de almidón y el componente de polímero, que tienen ambos una concentración de sólidos <12% en peso, preferiblemente <10% en peso, pueden mezclarse entre sí antes de la adición al material. Preferiblemente, se deja que el componente de almidón y el componente de polímero sintético interactúen entre sí antes de añadir la composición de resistencia en seco al material de fibra para garantizar la formación del complejo poliiónico.

En principio, los componentes de la composición de resistencia en seco pueden añadirse por separado, ya sea de forma simultánea o secuencial, a una corriente que luego se combina con el material espeso, siempre que el tiempo entre la adición del último componente y la combinación con el material espeso sea lo suficientemente largo para proporcionar la interacción deseada de los componentes.

Según una realización de la invención, la composición de resistencia en seco puede prepararse in situ. Esto significa que el componente de polímero sintético y el componente de almidón catiónico pueden transportarse por separado, incluso como productos secos, al lugar de uso, tal como una fábrica de papel o una fábrica de cartón. En el lugar de uso, el componente de polímero sintético y el componente de almidón catiónico se disuelven y/o diluyen opcionalmente y se preparan en la composición acuosa de resistencia en seco mediante mezcla. Esto reduce el riesgo de degradación de la composición de resistencia en seco durante el transporte y almacenamiento. Especialmente, el componente de almidón catiónico puede ser vulnerable a la degradación microbiológica, lo que podría conducir a una pérdida de rendimiento.

La composición de resistencia en seco según la presente invención tiene un valor de pH <3,5, preferiblemente <3, cuando se prepara o almacena como una solución de almacenamiento con alto contenido de sólidos, por ejemplo > 10% en peso. Se ha observado que el pH bajo mejora la mezcla del componente de polímero aniónico sintético con el componente de almidón catiónico y proporciona una composición de resistencia en seco homogénea con la viscosidad deseada. Según una realización preferida, la composición de resistencia en seco tiene una viscosidad Brookfield de <10.000 mPas, preferiblemente <8.000 mPas, más preferiblemente <6.000 mPas, a pH 3,0 y con un contenido de sólidos de 14% en peso. Según una realización, la viscosidad de la composición de resistencia en seco está en el intervalo de 2.000 - 10.000 mPas, preferiblemente 2.500 - 6.500 mPas, a pH 3,0 y con un contenido de sólidos de 14% en peso. Los valores de viscosidad se miden a temperatura ambiente utilizando Brookfield DV-I , adaptador de muestra pequeño, husillo entre 20 y 31, rpm máximas. La viscosidad de la composición de resistencia en seco a un alto contenido de sólidos a pH <3,5 es adecuada para la manipulación adecuada de la composición en un proceso industrial, por ejemplo, permitiendo el bombeo de la composición y su dilución mediante mezcla.

En general, la composición de resistencia en seco tiene una carga neta aniónica desde un valor de pH de aproximadamente 3,8 hacia arriba. El complejo poliiónico, que resulta de la interacción del componente de almidón y el componente de polímero sintético, puede formarse ya en gran medida a un pH de aproximadamente 3,2. Cuando la composición de resistencia en seco tiene un valor de pH <3,5 y un alto contenido de sólidos, p.ej. >10% en peso, se diluye con agua, el pH de la composición cambia simultáneamente con el agua añadida. Alternativamente, el pH de la composición puede ajustarse mediante la adición de una base. La composición de resistencia en seco normalmente se diluye con agua y el pH se ajusta, ya sea por dilución o por adición de base, para obtener una solución de composición, que tiene un valor de pH >3, preferiblemente al menos 3,5, más preferiblemente 3,5 - 4,0, antes de la adición de la composición de resistencia en seco al material de fibra. Cuando el pH de la composición de resistencia en seco supera el pH 5, la carga neta de la composición es aniónica. A pH 7, la composición de resistencia en seco tiene siempre una carga neta aniónica.

La composición de resistencia en seco puede añadirse a un material espeso o un material fino, preferiblemente a un material espeso. Se entiende aquí por material espeso como un material de fibra que tiene una consistencia >2,5% en peso, preferiblemente >3% en peso.

La composición de resistencia en seco según la presente invención interactúa con el agente de fuerza catiónica, p.ej. formando complejos y/o enlaces covalentes. Esto aumenta la cantidad y la fuerza de las uniones entre los diferentes componentes del material, es decir, fibras, cargas, finos, basura, productos químicos, etc. El aumento de la interacción mejora la resistencia en seco observada en un grado inesperado. La composición de resistencia en seco se añade antes o después, preferiblemente después, de la adición del agente de fuerza catiónica. El agente de fuerza catiónica y los componentes individuales de los componentes de resistencia en seco pueden ser iguales o diferentes entre sí. Cuando se añade primero un agente de fuerza catiónica al material, se reduce el riesgo de una fuerte floculación no deseada con la adición de la composición de resistencia en seco.

La composición de resistencia en seco y el agente de fuerza catiónica se añaden por separado al material de fibra.

El agente de fuerza catiónica puede seleccionarse de un grupo que comprende almidón catiónico y polímeros sintéticos, tales como poliamidoamina-epiclorhidrina, polímeros catiónicos de acrilamida y polivinilaminas. Las polivinilaminas incluyen homopolímeros de N-vinilformamida parcial o completamente hidrolizados, copolímeros parcial o completamente hidrolizados de N-vinilformamida y ácido acrílico, así como copolímeros parcial o completamente hidrolizados de acetato de vinilo y N-vinilformamida.

Según una realización, el agente de fuerza catiónica puede ser almidón catiónico, que preferiblemente es de origen botánico idéntico al componente de almidón catiónico de la composición de resistencia seca. Cuando el componente de almidón catiónico y el agente de fuerza catiónico son del mismo origen botánico, preferiblemente idénticos, no se necesitan recipientes de almacenamiento adicionales para diferentes grados de almidón catiónico.

El agente de fuerza catiónica puede añadirse en una cantidad de 0,5 - 3 kg/tonelada de material seco, cuando se utiliza un polímero sintético, tal como poliamidoamina-epiclorhidrina, un polímero catiónico de acrilamida o una polivinilamina, como agente de resistencia catiónica. El agente de resistencia catiónica puede añadirse en una cantidad de 3 a 20 kg/tonelada de material seco, preferiblemente de 10 a 18 kg/tonelada de material seco, especialmente cuando se utiliza almidón catiónico como agente de resistencia catiónica.

La composición de resistencia en seco puede añadirse en una cantidad de 0,5 - 4,0 kg/tonelada de material de fibra seca, preferiblemente 0,5 - 3,5 kg/tonelada de material de fibra seca, más preferiblemente 1 - 3 kg/tonelada de material de fibra seca. Según una realización de la invención, la composición de resistencia en seco se añade en tal cantidad que el potencial zeta del material de fibra se reduce en 2 - 20 mV, preferiblemente 3 - 10 mV, medido después de la adición de la composición de resistencia en seco y en comparación con el valor potencial zeta del material de fibra inmediatamente antes de la adición.

Según una realización de la invención, el agente de resistencia catiónica y la composición de resistencia en seco se añaden al material de fibra en una cantidad tal que el número de cargas aniónicas en exceso en la composición de resistencia en seco, a pH 7, es 20 - 200%, preferiblemente 50 - 120% del número total de cargas catiónicas del agente de fuerza catiónica al mismo pH. El número de cargas aniónicas en exceso se calcula restando el número de cargas catiónicas en la composición de resistencia en seco del número de cargas aniónicas en la composición de resistencia en seco, a pH 7. En otras palabras, cuando el número de cargas aniónicas en exceso en la composición de resistencia en seco,a pH 7, es el 100% del número de cargas catiónicas en el agente de resistencia catiónica, significa que hay una carga aniónica en exceso de la composición de resistencia en seco por cada carga catiónica del agente de resistencia catiónica. De esta manera, puede asegurarse una interacción óptima entre el agente de resistencia catiónica y la composición de resistencia en seco, cuando la relación de carga es como se definió anteriormente.

La composición de resistencia en seco según la presente invención es adecuada para mejorar la resistencia en seco de la banda de cartón cuando se produce cartón como revestimiento, acanalado, cartulina plegable (FBB), cartón aglomerado revestido de blanco (WLC), cartón sólido blanqueado al sulfato (SBS), cartón sólido no blanqueado al sulfato (SUS) o cartón para envasado de líquidos (LPB), pero no limitado a estos. Los cartones pueden tener un gramaje de 120 a 500 g/m2.

El material de fibra puede tener un valor de pH de al menos 4,5, preferiblemente al menos 5, más preferiblemente al menos 5,5. El pH del material puede estar en el intervalo de 4,5 - 9,5, 5 - 9, preferiblemente 5,5 - 8,5. A este pH, cuando está presente en el material de fibra, la composición de resistencia en seco tiene una carga neta aniónica.

Según una realización de la invención, la composición de resistencia en seco se utiliza especialmente para material de fibra, que comprende pulpa de fibra reciclada y/o pulpa química. Por tanto, las fibras recicladas en el sentido de la presente solicitud preferiblemente no incluyen papel “broke”. Independientemente del origen de las fibras, el material de fibra puede tener una conductividad de al menos 1,5 mS/cm o al menos 2 mS/cm, preferiblemente al menos 3 mS/cm, más preferiblemente al menos 4 mS/cm, a veces incluso más de 5 mS/cm. Según una realización, la conductividad del material de fibra puede estar en un intervalo de 2 a 20 mS/cm, preferiblemente de 3 a 20 mS/cm, más preferiblemente de 2 a 15 mS/cm, a veces incluso de 4 a 15 mS/cm.

El material de fibra, que puede comprender pulpa de fibra reciclada y/o pulpa química, puede tener una demanda catiónica de >400 peqv/l.

La composición de resistencia en seco según la presente invención es adecuada para mejorar la resistencia en seco de tisú o papel fino.

La invención se refiere también a un sistema químico para la fabricación de papel o cartón, comprendiendo el sistema un agente de resistencia catiónica, como se define en esta solicitud, y una composición de resistencia en seco según la presente invención.

Parte experimental

Componente de polímero sintético: descripción general de la síntesis

Las poliacrilamidas aniónicas utilizadas en las composiciones de resistencia en seco de la sección experimental como componentes de polímero sintético se sintetizaron mediante polimerización por radicales utilizando el procedimiento general descrito a continuación.

Antes de la polimerización, se mezclaron todos los monómeros utilizados, agua, sal de sodio de EDTA e hidróxido de sodio en un tanque de monómeros. Esta mezcla se denomina en lo sucesivo "mezcla de monómeros". La mezcla de monómeros se purgó con nitrógeno gaseoso durante 15 min.

Se preparó una solución de catalizador en un tanque de catalizador mezclando agua y persulfato de amonio. La solución de catalizador se preparó menos de 30 minutos antes de su uso.

Se añadió agua a un reactor de polimerización equipado con un mezclador y una camisa para calentar y enfriar. El agua se purgó con nitrógeno gaseoso durante 15 min. El agua se calentó a 100 °C. La alimentación tanto de la mezcla de monómeros como de la solución de catalizador se inició al mismo tiempo. El tiempo de alimentación de la mezcla de monómeros fue 90 minutos y el tiempo de alimentación de la solución de catalizador fue 100 minutos. Cuando se terminó la alimentación de la solución de catalizador, se continuó mezclando durante 45 min. La solución acuosa de polímero obtenida se enfrió a 30 °C y se retiró del reactor de polimerización.

Se analizaron las siguientes características de la solución acuosa de polímero obtenida. El contenido de sólidos secos se analizó utilizando un Mettler Toledo HR73, a 150 °C. La viscosidad se analizó utilizando un Brookfield DVI+, equipado con un pequeño adaptador de muestra, a 25 °C, utilizando el husillo S18 para soluciones con viscosidad <500 mPas y el husillo S31 para soluciones con viscosidad de 500 mPas o superior, y utilizando la velocidad de rotación más alta posible para el husillo. El pH de la solución se analizó utilizando un medidor de pH calibrado.

Síntesis del componente de polímero sintético, AC13HM

La producción de un polímero de poliacrilamida aniónico específico, AC13HM, se explica a continuación en detalle como un ejemplo de la síntesis de una poliacrilamida aniónica, adecuada para su uso como componente de polímero sintético en una composición de resistencia en seco.

Antes del inicio de la polimerización, se preparó la mezcla de monómeros en un tanque de monómeros mezclando 45,2 g de agua; 200,5 g de acrilamida, solución acuosa al 50%; 14,5 g de ácido acrílico; 0,59 g de sal de sodio de EDTA, solución acuosa al 39%; 8,1 g de hidróxido de sodio, solución acuosa al 50%. La mezcla de monómeros se purgó con nitrógeno gaseoso durante 15 min. Se preparó una solución de catalizador en un tanque de catalizador mezclando 27 g de agua y 0,088 g de persulfato de amonio. Se añadieron 440 g de agua a un reactor de polimerización y se purgó con gas nitrógeno durante 15 min. El agua se calentó a 100 °C. Al mismo tiempo se inició la alimentación de la mezcla de monómeros y la solución de catalizador al reactor de polimerización. El tiempo de alimentación para la mezcla de monómeros fue 90 min y para la solución de catalizador 100 min. Cuando terminó la alimentación de la solución de catalizador, se continuó mezclando durante 45 min. El polímero obtenido se enfrió a 30 °C y luego se retiró del reactor de polimerización. El polímero de poliacrilamida aniónico sintético tenía un contenido de sólidos secos de 15,1% en peso, una viscosidad de 7.030 mPas, un peso molecular medio ponderal PM aprox. 0,7 Mg/mol y pH 5,2.

Preparación del componente de almidón catiónico, almidón-A

Se suspendieron 97,6 g de almidón de patata céreo catiónico, almidón-A, contenido seco 82% en peso (para conocer otras propiedades, véase la Tabla 7), en 436 g de agua en un reactor equipado con una camisa para calentar, un condensador y un agitador. La suspensión se calentó a 99 °C mientras se agitaba a 500 rpm y se mantuvo a esa temperatura durante 45 min con agitación. La solución de almidón formada, cuando se enfrió, tenía una concentración de 15,8% en peso y una viscosidad de 1.400 mPas.

Preparación de la composición de resistencia en seco

Se preparó una serie de composiciones acuosas de resistencia en seco utilizando el siguiente procedimiento general. La solución de polímero de APAM sintético, p.ej. AC13HM, descrita anteriormente, y la solución de almidón de almidón catiónico, p.ej. almidón-A, como se describió anteriormente, se mezclaron durante 60 min a 25 °C a 1.000 rpm. Por ejemplo, la composición de resistencia en seco SP1 (véase la Tabla 1) se preparó mezclando 66,0 g de solución de polímero AC13HM descrita anteriormente y 63 g de solución de almidón-A descrita anteriormente.

Se prepararon composiciones de resistencia en seco con diferentes proporciones de componente de polímero sintético y componente de almidón catiónico, diferente contenido seco y diferente valor de pH. Se prepararon composiciones de resistencia en seco con menor contenido seco mediante dilución con agua desionizada. Se prepararon composiciones de resistencia en seco con pH bajo ajustando su pH al valor diana deseado añadiendo ácido sulfúrico al 25% en peso.

Las composiciones de resistencia en seco preparadas y sus propiedades se dan en la Tabla 1. El componente de polímero sintético fue AC13HM y el componente de almidón catiónico fue Almidón-A en las composiciones de resistencia en seco de la Tabla 1, excepto para la composición de resistencia en seco SPmix88, donde el componente de polímero sintético fue AC13HM y el componente de almidón catiónico fue Almidón-1; y para las composiciones de resistencia en seco SP4 y SP5, donde el componente de polímero sintético fue AC11HM y el componente de almidón catiónico fue Almidón-A; y para la composición de resistencia en seco SP6, donde el polímero sintético fue AC11 LM y el componente de almidón catiónico fue Almidón-A. Para conocer los detalles de los productos químicos, véase la Tabla 7. Los valores de viscosidad en la Tabla 1 se midieron utilizando un Brookfield LV, DV1 SSA con rpm máximas y el husillo indicado por el equipo.

Puede verse a partir de los resultados de la Tabla 1 que cuando el pH de la composición de resistencia en seco es 3,7, la viscosidad de la composición de resistencia en seco es menor que cuando el pH de la composición de resistencia en seco es 5,2. Esto indica que el componente de polímero sintético en la composición de resistencia en seco forma un complejo más fuerte a pH 5,2, donde el componente de polímero es más aniónico. Una proporción más alta del componente de polímero sintético aumenta la viscosidad de la composición de resistencia en seco. La viscosidad de las composiciones de resistencia en seco puede reducirse mediante dilución con agua.

Tabla 1 Composiciones de resistencia en seco preparadas.

Se estudió el impacto de la densidad de carga en las características de la composición de resistencia en seco preparando una composición de resistencia en seco como sigue. El componente de polímero sintético AC11 HM, véase la Tabla 7, y el almidón A catiónico cocido, descrito anteriormente, se disolvieron cada uno por separado en agua desionizada. Las soluciones obtenidas se combinaron con igual % en peso seco de componente de polímero sintético y componente de almidón catiónico. Después de mezclar durante 60 minutos a temperatura ambiente, se obtuvo una solución transparente con un contenido de sólidos de 14,3% en peso. El pH de la solución se ajustó con una solución de ácido sulfúrico o hidróxido de sodio al 32% en peso hasta un valor objetivo deseado. Las viscosidades de las soluciones se midieron con un viscosímetro Brookfield DV1+ a diferentes valores de pH. Los resultados de la viscosidad se dan en la Tabla 2.

Los resultados de la Tabla 2 muestran que la viscosidad aumentó en función del pH. El aumento de la viscosidad es moderado entre pH 2,8 y 3,5, así como entre pH 4,5 y 7. La viscosidad aumentó significativamente cuando el pH aumentó de 3,5 a 4,5.

Tabla 2 Viscosidad de la composición de resistencia en seco a una concentración de 14% en peso como función del pH.

Las muestras se diluyeron con agua desionizada para una concentración adecuada para realizar mediciones de densidades de carga indicativas mediante valoración con Mütek PCD 03, utilizando una solución de polietilenosulfonato o solución de poli-DADMAC como titulante. Los resultados se dan en la Tabla 3.

Tabla 3 Valores de densidades de carga indicativas de la composición de resistencia en seco a una concentración de 14% en función del pH.

Los resultados de densidad de carga de la Tabla 3 muestran que la carga neta de la composición de resistencia en seco que comprende un componente de polímero sintético y un componente de almidón catiónico cambia de catiónica a aniónica a un pH de aproximadamente 3,7. Esto significa que el complejo poliiónico se forma en gran medida ya a un pH de aproximadamente 3,5, en el cual la carga catiónica determinada por el pH ha disminuido en aproximadamente un 60%. A un pH superior a 4,5, una gran cantidad de cargas catiónicas forman complejos con los grupos aniónicos del componente polimérico sintético. Los resultados de la densidad de carga apoyan las observaciones de los resultados de la viscosidad en la Tabla 2 de que la formación del complejo poliión ocurre a un pH entre 3,5 y 5. Ejemplos de aplicación 1 - 9

El rendimiento técnico de las composiciones de resistencia en seco y los productos de referencia comparativos se ensayó con varios estudios de pulpas y hojas.

Las pulpas utilizadas en los ejemplos de aplicación y sus propiedades se dan en la Tabla 4.

Las propiedades de las pulpas se caracterizaron utilizando dispositivos y/o métodos estándar enumerados en la Tabla 5. Se midieron el pH, la turbidez, la conductividad y la carga a partir del filtrado de filtración por gravedad a través de papel de filtro de cinta negra.

Las propiedades de las hojas de papel producidas se midieron utilizando dispositivos de ensayo de hojas y métodos estándar enumerados en la Tabla 6.

Los productos químicos utilizados en los ejemplos de aplicación se dan en la Tabla 7.

Tabla 4 Pulpas utilizadas en los ejemplos de aplicación.

Tabla 5 Métodos de caracterización de la pulpa

Tabla 6 Dispositivos de ensayo de hojas y métodos estándar utilizados para las hojas de papel producidas.

Tabla 7. Productos químicos utilizados en los ejemplos de aplicación.

Ejemplo de aplicación 1

Este ejemplo simula la preparación de papel tisú, papel fino, papel kraft o capa de superficie para cartón multicapa.

El material de fibra de ensayo era una mezcla de pulpa de madera dura química y pulpa de madera blanda. Las pulpas químicas se prepararon en Valley Hollander. La pulpa de madera dura (HW) se blanqueó con pulpa kraft de abedul refinada a 25 °SR y la pulpa de madera blanda (SW) se blanqueó con pulpa de pino kraft refinada a 25 °SR. Las pulpas se mezclaron en una relación 75%/25% HW/SW, se diluyeron con agua desionizada que contenía una adición de NaCl a un nivel de 1,5 mS/cm. Las propiedades de la fibra de ensayo obtenida se dan en la Tabla 4.

En la preparación manual de hojas se añadieron productos químicos al material de fibra de ensayo en un recipiente de drenaje dinámico mezclando a 1.000 rpm. Los productos químicos de fuerza catiónica se diluyeron antes de la dosificación a una concentración de 0,2%. Los productos químicos aniónicos y los productos químicos de retención se diluyeron a una concentración de 0,05% antes de la dosificación. Los productos químicos añadidos y sus tiempos de adición se dan en la Tabla 8. Todas las cantidades de productos químicos se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco.

Se formaron hojas a mano con un gramaje de 80 g/m2 utilizando un formador de láminas Rapid Kothen con circulación de agua de acuerdo con la norma ISO 5269-2:2012. Las hojas se secaron en secadores de vacío durante 6 minutos a 92 °C y a 100 kPa (1.000 mbar). Antes del ensayo, las láminas de laboratorio se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, de acuerdo con la norma ISO 187. El índice de tracción medido y los valores de adherencia de Scott para las láminas manuales preparadas se dan en la Tabla 8.

Puede verse en la Tabla 8 que el Ensayo 1-4, donde se utilizó la composición de resistencia en seco SP1, produjo una mejora en los valores de tracción y de adherencia de Scott en comparación con el Ensayo 1-2, donde solo se utilizaron agentes de resistencia catiónicos. El ensayo 1-4 proporcionó una mejora también al ensayo 1-3, en el que se utilizó un sistema con adiciones independientes de agentes de fuerza catiónica y polímero aniónico APAM-1. La composición de resistencia en seco SP1 produce así propiedades de resistencia favorables para este tipo de uso.

Tabla 8 Ensayos de hoja manual del ejemplo de aplicación 1: adiciones de productos químicos y resultados medidos.

Para la medición del potencial zeta, se llevaron a un vaso de precipitados 500 ml de material de fibra de ensayo. Los productos químicos catiónicos se diluyeron a una concentración de 0,2% y los productos químicos aniónicos a una concentración de 0,05%. Después de la adición de los productos químicos catiónicos, si los hubo, se mezcló el material de fibra durante 1 min con una cuchara antes de medir o añadir un producto químico aniónico. Si se añadió un producto químico aniónico, el material de fibra se mezcló durante 1 minuto más con una cuchara antes de la medición. Los resultados de las mediciones del potencial zeta se dan en la Tabla 9.

Tabla 9 Resultados de las mediciones del potencial zeta.

Los resultados de las mediciones de potencial zeta mostrados en la Tabla 9 indican que la composición de resistencia en seco SP1 es capaz de desplazar muy eficazmente la carga superficial de las fibras hacia la dirección aniónica incluso cuando la anionicidad de la composición de resistencia en seco es baja.

Ejemplo de aplicación 2

Este ejemplo simula la preparación de papel para imprimir y escribir.

El material de fibra de ensayo era una mezcla de pulpa de madera dura química y pulpa de madera blanda. Las pulpas químicas, que son típicas del papel fino, se prepararon en Valley Hollander. La pulpa de madera dura (HW) se blanqueó con pulpa de abedul kraft refinada a 25 °SR y la pulpa de madera blanda (SW) se blanqueó con pulpa de pino kraft refinada a 25 °SR. Las pulpas se mezclaron en una relación 75%/25% HW/SW, se diluyeron con agua desionizada que contenía una adición de NaCl a un nivel de 1,5 mS/cm. Las propiedades del material de fibra de ensayo obtenido se dan en la Tabla 4.

En la preparación de hojas manuales se añadieron productos químicos al material de fibra de ensayo en un recipiente de drenaje dinámico mezclando a 1.000 rpm. Los productos químicos de fuerza catiónica se diluyeron antes de la dosificación a una concentración de 0,2%. Los productos químicos aniónicos y los productos químicos de retención CPAM y APAM-E se diluyeron a una concentración de 0,05% antes de la dosificación. Los productos químicos añadidos y sus tiempos de adición se dan en la Tabla 10. Todas las cantidades de productos químicos se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco, excepto APAM-E, que se da como kg de emulsión por tonelada de material de fibra seco.

Se añadió GCC al material de fibra a -25 s desde el momento del drenaje. Se realizó la adición requerida de GCC para obtener un contenido de ceniza de 25% para las hojas de papel producidas.

Se formaron hojas manuales con un gramaje de 80 g/m2 utilizando un formador de láminas Rapid Kothen con circulación de agua de acuerdo con la norma ISO 5269-2:2012. Las hojas se secaron en secadores de vacío durante 6 minutos a 92 °C y a 100 kPa (1.000 mbar). Antes del ensayo, las láminas de laboratorio se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, de acuerdo con la norma ISO 187. El índice de tracción medido y los valores de adherencia de Scott para las hojas manuales preparadas se dan en la Tabla 10.

Puede verse en la Tabla 10 que la composición de resistencia en seco SP1 es capaz de generar valores de adherencia de Scott y de tracción más altos que los polímeros de resistencia aniónica convencionales APAM-1 y APAM-2. La resistencia a la tracción es necesaria, por ejemplo, para un buen funcionamiento de la banda en la máquina de papel, así como para un buen comportamiento en los procesos de impresión y copiado. Es posible que se requieran buenos valores de adherencia de Scott para aplicaciones de impresión offset.

El alto valor de adherencia de Scott también puede utilizarse como una indicación de la tendencia reducida a la formación de polvo en el papel. Normalmente, los fabricantes de papel desean maximizar el contenido de cenizas mediante la adición de más carga, pero el inconveniente es una menor resistencia y un aumento de la formación de polvo. Los valores de adherencia de Scott obtenidos indican que la composición de resistencia en seco según la presente invención, tal como SP1, puede utilizarse para permitir un aumento en el contenido de cenizas, es decir, un aumento en la cantidad de carga añadida al material de fibra.

Tabla 10 Ensayos de hojas manuales del ejemplo de aplicación 2: adiciones químicas y resultados medidos.

Para la medición del potencial zeta, se llevó a un vaso de precipitados un material de fibra de ensayo de 500 ml. Los productos químicos aniónicos se diluyeron a una concentración de 0,05%. El material de fibra se mezcló durante 1 minuto con una cuchara antes de la medición del potencial zeta (ensayo 0) o antes de la adición de un producto químico aniónico. Cuando se añadió el producto químico aniónico, el material de fibra se mezcló durante 1 minuto más con una cuchara antes de la medición del potencial zeta. Los productos químicos utilizados y sus cantidades se dan en la Tabla 11. Todas las cantidades de productos químicos se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco. Los resultados de las mediciones del potencial zeta también se dan en la Tabla 11.

Los resultados de las mediciones del potencial zeta mostrados en la Tabla 11 indican que la composición de resistencia en seco SP1 es capaz de desplazar de manera muy eficaz la carga superficial de las fibras hacia la dirección aniónica.

Tabla 11 Resultados de las mediciones de potencial zeta en el ejemplo de aplicación 2.

Ejemplo de aplicación 3

El material de fibra de ensayo fue una mezcla de pulpa quimiotérmica mecánica CTMP y papel “broke”. El CTMP y el papel broke se mezclaron en una proporción en seco de 60% CTMP/40% de papel broke. La mezcla de pulpa se diluyó a 0,5%. La mitad del volumen de agua de dilución fue agua blanca y la mitad fue agua desionizada con una conductividad de 2 mS/cm ajustada por NaCl. Las propiedades del CTMP, el papel broke y el agua blanca utilizados se dan en la Tabla 4.

En la preparación de la hojas manuales se añadieron productos químicos al material de fibra de ensayo preparado en un recipiente de drenaje dinámico mezclando a 1.000 rpm. Los productos químicos de fuerza catiónica se diluyeron antes de la dosificación a una concentración de 0,2%. Los productos químicos aniónicos y los productos químicos de retención se diluyeron a una concentración de 0,05% antes de la dosificación. Los productos químicos añadidos y sus tiempos de adición se dan en la Tabla 12. Todas las cantidades de productos químicos se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco.

Se formaron hojas manuales con un peso base de 100 g/m2 utilizando un formador de láminas Rapid Kothen con circulación de agua de acuerdo con la norma ISO 5269-2:2012. La conductividad del agua de dilución de la máquina de hojas de ensayo se ajustó a 2 mS/cm con NaCl. Las hojas se prensaron en húmedo individualmente añadiendo 2 papeles secantes en el lado superior y 2 papeles secantes en el reverso. El prensado en húmedo se realizó con la prensa de hojas Lorenz & Wettre durante 1 min con ajuste de presión de 400 kPa (4 bar). Las hojas se secaron en secadores de vacío durante 5 minutos a 92 °C y a 100 kPa (1.000 mbar). Antes del ensayo, las hojas de laboratorio se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, de acuerdo con la norma ISO 187. Los valores medidos de tracción en la dirección z y de adherencia de Scott para las hojas manuales preparadas se dan en la Tabla 12.

Puede verse en la Tabla 12 que una mayor adición de almidón junto con la composición de resistencia en seco SP3 proporciona una mayor resistencia a la tracción en la dirección Z y un valor de adherencia de Scott para el papel producido. Los resultados obtenidos con la composición de resistencia en seco también son mejores que los resultados obtenidos con el sistema de resistencia convencional de dos componentes, que comprende almidón catiónico y CMC añadidos por separado. Las propiedades de resistencia mejoradas con la composición de resistencia en seco son beneficiosas, por ejemplo, para la capa intermedia de cartón para cajas plegables. Además, un valor de adherencia de Scott demasiado bajo provoca problemas en la impresión debido a la división de la estructura de la hoja.

Tabla 12 Ensayo de hojas manuales del ejemplo de aplicación 3: adiciones de productos químicos y resultados medidos.

Ejemplo de aplicación 4

Este ejemplo simula la fabricación de cartón o papel a base de fibra reciclada.

El material de fibra de ensayo se preparó a partir de pulpa de fibra reciclada OCC (OCC = cartón corrugado viejo). La pulpa de OCC se diluyó al 1,0%. La mitad del volumen de agua de dilución fue agua blanca y la mitad fue agua desionizada con una conductividad de 4 mS/cm ajustada por NaCl. Las propiedades de la pulpa OCC y el agua blanca utilizadas se dan en la Tabla 4.

En la preparación de las hojas manuales se añadieron productos químicos al material de fibra de ensayo en un recipiente de drenaje dinámico mezclando a 1.000 rpm. Los productos químicos de fuerza catiónica se diluyeron antes de la dosificación a una concentración del 0,2%. Los productos químicos aniónicos y los productos químicos de retención se diluyeron a una concentración del 0,05% antes de la dosificación. Los productos químicos añadidos y sus tiempos de adición se dan en la Tabla 13. Todas las cantidades de productos químicos se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco.

Se formaron hojas manuales con un peso base de 110 g/m2 utilizando un formador de láminas Rapid Kothen con circulación de agua de acuerdo con la norma ISO 5269-2:2012. La conductividad del agua de dilución manual de la máquina de hojas se ajustó a 4 mS/cm con 1,76 g/l de CaCÍ2*2H20 y con NaCl. El contenido de cenizas de las hojas se ajustó al 8% controlando la retención con dosis de CPAM. La dosis requerida fue de 0,15 kg/t como promedio. Las hojas se secaron en secadores de vacío durante 6 minutos a 92 °C y a 100 kPa (1.000 mbar). Antes del ensayo, las hojas de laboratorio se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, de acuerdo con la norma ISO 187. Los valores del índice SCT medido y del índice de rotura para las hojas manuales preparadas se dan en la Tabla 13.

Puede verse en la Tabla 13 que los valores del índice SCT y del índice de rotura pueden mejorarse con la composición de resistencia en seco SP1. Los valores mejorados del índice SCT y del índice de rotura son beneficiosos para las calidades de revestimiento, estriado y núcleo. Además, puede verse que las propiedades de resistencia obtenidas con una combinación de aditivo catiónico y composición de resistencia en seco SP1 son mejores que las propiedades de resistencia logradas con la adición de aditivo catiónico solo.

Cabe señalar que muchas pulpas de fibra reciclada basadas en OCC pueden tener una demanda catiónica y un potencial zeta cercano a cero y, al mismo tiempo, una alta conductividad. Esto provoca un desafío especial para los aditivos iónicos de resistencia en seco utilizados en el extremo húmedo, ya que los aditivos no se retienen bien y/o no se adhieren a las fibras. La composición de resistencia en seco según la invención supera este problema, debido a su estructura única y debido a la gran cantidad de grupos iónicos.

Tabla 13 Ensayos de hojas manuales del ejemplo de aplicación 4: adiciones de productos químicos y resultados medidos.

Ejemplo de aplicación 5

En este ejemplo, se simuló la fabricación de cartón para cajas plegables y cartón para envasado de líquidos con hojas de 3 capas preparadas con el formador dinámico de hojas manuales Formette, fabricado por Techpap.

Se utilizó una mezcla de pulpa kraft de pino blanqueada y pulpa kraft de abedul blanqueada en la materia prima de las capas superior y posterior. La cantidad de pulpa kraft de pino fue 35% y la pulpa kraft de abedul blanqueada 65%. La materia prima de la capa intermedia fue CTMP blanqueada con un grado de refinamiento del Canadian Standard Freeness de 440 ml. Las pulpas se desintegraron según la norma ISO 5263:1995. Las pulpas Kraft se desintegraron a temperatura ambiente, y la CTMP a 85 °C. Las pulpas se diluyeron hasta una consistencia del 0,5% con agua desionizada. Las pulpas se añadieron al Formette capa por capa, en el orden: parte superior, media y posterior. Se hicieron adiciones químicas al tanque de mezcla del Formette según la Tabla 14. Todas las cantidades químicas se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco. Se drenó el agua después de rociar toda la pulpa para formar una banda de 3 capas. El tambor se hizo funcionar a 1.400 rpm, el mezclador de pulpa a 400 rpm, la bomba de pulpa a 1.100 rpm/min, el número de barridos fue 100 y el tiempo de recogida fue 60 s. La hoja se retiró del tambor entre alambre y 1 papel secante en el otro lado de la hoja. Se retiraron el papel secante humedecido y el alambre. La hoja se cortó a un tamaño de 15 cm x 20 cm y se colocaron 3 papeles secantes en la cara superior y 3 papeles secantes en la cara posterior de la hoja antes de prensar en húmedo en una prensa húmeda de laboratorio Lorenz & Wettre. El prensado en húmedo fue a 500 kPa (5 bar) durante 4 min. Las hojas se secaron 1 papel secante en la parte superior y 1 papel secante en la parte posterior de la hoja en condiciones restringidas en un secador de tambor de hierro fundido calentado con vapor de fieltro a 92 °C durante 3 min. Antes del ensayo, las hojas de laboratorio se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, según la norma ISO 187.

Tabla 14 Programa de ensayo dinámico de hojas manuales para el ejemplo de aplicación 5.

Los resultados medidos para las hojas manuales dinámicas preparadas se dan en la Tabla 15. Por lo general, solo se han utilizado 5 kg/t de almidón para cartón para cajas plegables, porque cantidades grandes de almidón reducen el volumen y la rigidez a la flexión. Puede verse en la Tabla 15 que pueden obtenerse valores de resistencia a la tracción y rigidez a la flexión más altos con el mismo peso base mediante la adición de la composición de resistencia en seco SP3 con una mayor cantidad de almidón, véanse los ensayos 5-1 y 5-3.

Además, puede verse en la Tabla 15 que la composición de resistencia en seco según la invención aumenta la rigidez a la flexión. Se obtuvo una rigidez a la flexión igual o mayor con un peso base menor en los ensayos 5-2, 5-4 y 5-5 en comparación con el ensayo de referencia 5-1. Este logro reduce significativamente la cantidad de material de la capa intermedia y los costes de fabricación del cartón. Se pueden fabricar paquetes más livianos para el mismo uso final, lo que reduce los costes de transporte y las emisiones en el ciclo de vida del producto de empaquetado.

Además, puede observarse en la Tabla 15 que los valores de tracción en la dirección z y de adherencia de Scott mejoran cuando se utiliza una composición de resistencia en seco según la invención. La tracción en dirección Z y la adherencia de Scott son fundamentales para la capacidad de impresión offset del cartón. La mejora de estas propiedades puede utilizarse para hacer que el material de la capa intermedia sea aún más voluminoso, ya que normalmente un volumen más alto conduce a una adherencia de Scott más baja o una tracción en la dirección z más baja. El aumento de volumen es beneficioso para la rigidez a la flexión.

Tabla 15 Resultados del ensayo dinámico de hojas manuales para el ejemplo de aplicación 5.

Ejemplo de aplicación 6

Este ejemplo simula la preparación de cartón multicapa, tal como cartón para cajas plegables o cartón para envasado de líquidos. Las hojas de ensayo se prepararon con el formador dinámico de hojas manuales Formette, fabricado por Techpap.

El material de fibra de ensayo se preparó a partir de 80% de CTMP secada blanqueada que tenía un grado de Canadian Standard Freeness de 580 ml y 20% de papel broke base seco de la fabricación de cartón para cajas plegables. La pulpa de ensayo se desintegró según la norma ISO 5263:1995, a 80 °C. El material de fibra de ensayo se diluyó hasta una consistencia de 0,6% con agua desionizada, el pH se ajustó a 7 y se añadió sal de NaCl para obtener una conductividad de 1,5 mS/cm.

La composición de resistencia en seco SP4 se preparó mezclando 50% en peso de Almidón-A y 50% en peso de AC11HM. Para conocer las propiedades, véase la Tabla 1. La composición de resistencia en seco de referencia SPC con carga neta catiónica se preparó mezclando 50% en peso de Almidón-A y 50% en peso de SCPAM, y tenía una viscosidad de 4.500 mPas, pH 4,0, carga de 0,78 meq/g a pH 7, carga de 0,28 meq/g a pH 2,8 y contenido de sólidos secos de 14% en peso.

En el ensayo, la composición de resistencia en seco, SP4 o SPC, se añadió después de un agente de resistencia catiónico, que era almidón catiónico (Almidón-1). El polímero de retención utilizado fue CPAM-2.

Se añadió la mezcla de pulpa al Formette. Se hicieron adiciones químicas al tanque de mezcla del Formette según la Tabla 16. Todas las cantidades químicas se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco. El agua se drenó después de rociar toda la pulpa. El tambor se hizo funcionar a 1.400 rpm, el mezclador de pulpa a 400 rpm, la bomba de pulpa a 1.100 rpm/min, el número de barridos fue 100 y el tiempo de recogida fue 60 s. La hoja se retiró del tambor entre alambre y 1 papel secante en el otro lado de la hoja. Se retiraron el papel secante humedecido y el alambre. Las hojas se prensaron en húmedo en una prensa de contacto Techpap con una presión de 500 kPa (5 bares) con 2 pasadas con papel secante nuevo en cada lado de la hoja antes de cada pasada. Las hojas se cortaron a un tamaño de 15 cm x 20 cm. Las hojas se secaron en condiciones restringidas en secadores restringidos STFI. Antes del ensayo en el laboratorio, se acondicionaron previamente las hojas durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, según la norma ISO 187.

Tabla 16 Programa de ensayo dinámico de hojas manuales para el ejemplo de aplicación 6.

La tracción en la dirección Z y el módulo elástico en la dirección de la máquina (MD) y en la dirección transversal (CD) analizados con el ensayo de resistencia a la tracción se midieron según los métodos de la tabla 6.

La Tabla 17 presenta los resultados de la medición. La adición de almidón catiónico solo redujo los sólidos de prensado, mientras que la adición de la composición de resistencia en seco aniónica SP4 mejoró los sólidos de prensado. La tracción en la dirección Z y el módulo elástico son propiedades de resistencia importantes para la fabricación de cartones para cajas plegables y cartones para envasado de líquidos. Los ensayos 6-3 y 6-4 con la composición de resistencia SP4 mostraron valores de módulo elástico y de tracción en la dirección Z más altos que los ensayos 6-5 y 6-6 en los que se utilizó la composición de resistencia en seco catiónica SPC.

Tabla 17 Resultados de medición de sólidos después del prensado en húmedo, tracción en dirección Z (ZDT) y módulo elástico (E-mod) para el ejemplo de aplicación 6.

Ejemplo de aplicación 7

Este ejemplo simula la preparación de cartón multicapa que contiene fibras recicladas.

La composición de resistencia en seco SP4 fue la misma que en el Ejemplo 6, y la composición de resistencia en seco SP5 se preparó mezclando 69% en peso de Almidón-A y 31% en peso de AC11HM. Para conocer las propiedades, véase la Tabla 1. La composición catiónica de resistencia en seco SPC fue la misma que en el Ejemplo 6.

La pulpa de ensayo fue un material grueso de una máquina de cartón que consistía en un 70% de DIP preparado a partir de revistas viejas y 30% de pulpa de balas de fibra larga BCTMP lavada en despulpadora. La pulpa se diluyó con filtrado claro de fábrica de cartón hasta una consistencia de 1%. La conductividad de la pulpa de ensayo diluida fue 2,2 mS/cm.

En la preparación de las hojas manuales se añadieron productos químicos al material de fibra de ensayo preparado en un recipiente de drenaje dinámico mezclando a 1.000 rpm. Los productos químicos de fuerza catiónica se diluyeron antes de la dosificación a una concentración de 0,2%. Los productos químicos aniónicos y los productos químicos de retención se diluyeron a una concentración de 0,05% antes de la dosificación. Los productos químicos añadidos y sus tiempos de adición se dan en la Tabla 18. Todas las cantidades de productos químicos se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco. La dosificación del polímero de retención se ajustó para mantener la retención y el peso base constantes en las hojas manuales.

Se formaron hojas manuales con un peso base de 100 g/m2 utilizando el formador de hojas Rapid Kothen de acuerdo con la norma ISO 5269-2: 2012. La conductividad del agua de dilución de la máquina de hojas de ensayo se ajustó a 2,2 mS/cm con NaCl. Las hojas se prensaron en húmedo individualmente añadiendo 2 papeles secantes en el lado superior y 2 papeles secantes en el lado posterior. El prensado en húmedo se realizó con la prensa de hojas Lorenz & Wettre durante 1 min con un ajuste de presión de 400 kPa (4 bar). Las hojas se secaron en secadores de vacío durante 5 minutos a 92 °C y a 100 kPa (1.000 mbar). Antes del ensayo, las hojas de laboratorio se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, según la norma ISO 187. Los cambios medidos en el índice de tracción, índice de rotura y tracción en la dirección Z se dan en la Tabla 18. El cambio es dado como aumento en los valores porcentuales, calculado entre cada punto de ensayo individual y el ensayo 0 (ensayo 7-1). Todos los puntos de ensayo contenían 6% de ceniza en la hoja.

Se ve en la Tabla 18 que la composición de resistencia en seco aniónica SP4 mejoró la tracción, la rotura y la tracción en la dirección Z cuando se utilizó junto con la composición de resistencia en seco catiónica SPC. La composición de resistencia SP5 con baja anionicidad, ensayos 7-5 y 7-6, tuvo propiedades de resistencia mejoradas en comparación con el ensayo 07-1 sin adición de composiciones de resistencia en seco. La mejora de la resistencia a la rotura, que se logra con SP4 y SP5, es comparable con el resultado obtenido con una composición catiónica de resistencia en seco SPC en el ensayo 7-2. Los ensayos 7-3 y 7-4 indican que la composición de resistencia en seco según la invención proporciona propiedades de tracción mejoradas, especialmente cuando se utiliza junto con un agente de resistencia catiónico.

Tabla 18 Ensayos de hojas manuales del ejemplo de aplicación 7: adiciones de productos químicos y resultados medidos

Ejemplo de aplicación 8

Este ejemplo simula la preparación de cartón multicapa tal como cartón para cajas plegables o cartón para envasado de líquidos con el formador dinámico de hojas manuales Formette, fabricado por Techpap. Se utilizan composiciones de resistencia en seco SP4 y SP6.

El material de fibra de ensayo se preparó a partir de pulpa CTMP quimiotermomecánica seca blanqueada que tenía un Canadian Standard Freeness de 580 ml y papel broke base seco de fabricación de cartón para cajas plegables. El CTMP y el papel broke se mezclaron en una proporción en seco de 80% CTMP/20% de papel broke. Las pulpas se desintegraron según la norma ISO 5263:1995, a 80 °C. La mezcla de pulpa se diluyó hasta una consistencia del 0,6% con agua desionizada, su pH se ajustó a 7 y se añadió NaCl para obtener un nivel de conductividad de 1,5 mS/cm.

La mezcla de pulpa se añadió al Formette y las hojas se prepararon, prensaron y cortaron de la misma manera que en el Ejemplo de Aplicación 6. Se hicieron adiciones químicas al tanque de mezcla del Formette según la Tabla 19. El polímero de retención fue CPAM-2. Todas las cantidades de productos químicos se expresan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seca. Las hojas se secaron en condiciones restringidas en un secador de tambor a 92 °C en la primera pasada con papel secante y la segunda pasada sin él. El tiempo de secado fue de 1 min/pasada. Antes del ensayo en el laboratorio, las hojas se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, según la norma ISO 187.

La tracción en la dirección Z y la resistencia a la tracción (MD) se midieron según los métodos de la tabla 6.

Tabla 19 Ensayos de hojas manuales del ejemplo de aplicación 8: adiciones de productos químicos y resultados medidos.

Los resultados del Ejemplo de Aplicación 8 se muestran también en la Tabla 19. Los resultados obtenidos indican que el peso molecular del componente de polímero sintético aniónico tiene un impacto sobre el rendimiento de la composición de resistencia en seco. Cuando el componente polimérico tenía un peso molecular más alto (ensayo 8 3, 8-4), se pudo observar una mejora en los sólidos de prensado, la tracción en la dirección Z y en la resistencia a la tracción. El efecto obtenido es mayor que en los ensayos 8-5 y 8-6, donde el componente de polímero sintético tiene un peso molecular más bajo de aproximadamente 500000 g/mol. Este comportamiento indica que el peso molecular del componente de polímero sintético aniónico puede afectar a la distribución de carga en la superficie del complejo formado con el componente de almidón catiónico.

Ejemplo de aplicación 9

Este ejemplo simula la preparación de cartón multicapa, tal como cartón para cajas plegables o cartón para envasado de líquidos, con el formador dinámico de hojas manuales Formette, fabricado por Techpap.

En el Ejemplo de Aplicación 9, la composición de resistencia en seco SP4 se utilizó con un agente de resistencia catiónico, poli(alcohol vinílico) c-PVOH.

El material de fibra de ensayo se preparó a partir de pulpa CTMP quimiotermomecánica seca blanqueada que tenía un grado de Canadian Standard Freeness de 580 ml y papel broke base seco de cartón para cajas plegables. El CTMP y el papel broke se mezclaron en una proporción en seco de 80% CTMP/20% de papel broke. Las pulpas se desintegraron según la norma ISO 5263:1995, a 80 °C. La mezcla de pulpa se diluyó hasta una consistencia de 0,6% con agua desionizada, su pH se ajustó a 7 y se añadió NaCl para obtener un nivel de conductividad de 1,5 mS/cm.

Se añadió la mezcla de pulpa al Formette y las hojas se prepararon, prensaron y cortaron de la misma manera que en el Ejemplo de Aplicación 6, excepto que el tambor se hizo funcionar a 800 rpm. Se hicieron adiciones químicas al tanque de mezcla del Formette según la Tabla 20. El polímero de retención fue CPAM-2. Todas las cantidades de productos químicos se expresan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco. Las hojas se secaron en condiciones restringidas en un secador de tambor a 92 °C en la primera pasada con papel secante y la segunda pasada sin él. El tiempo de secado fue de 1 min/pasada. Antes del ensayo en el laboratorio, las hojas se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50% de humedad relativa, según la norma ISO 187.

Tabla 20 Programa de ensayo dinámico de hojas manuales para el ejemplo de aplicación 9.

Los resultados de la Tabla 20 muestran sorprendentemente que, independientemente del orden de adición de la composición de resistencia en seco SP4 y el agente de fuerza catiónica c-PVOH, se mejoraron las propiedades de resistencia de la hoja final. La adición del agente de fuerza catiónica c-PVOH proporcionó primero una mejora en el valor de tracción en la dirección Z, mientras que la adición de la composición de resistencia en seco aniónica SP4 proporcionó primero una mejora en el índice de tracción. Esto crea valiosas oportunidades en la fabricación de diferentes grados de papel y cartón, ya que los requisitos de resistencia varían entre los diversos grados. A veces, se desean buenas propiedades de resistencia en la dirección MD y, a veces, en la dirección Z. La composición de resistencia en seco SP4 según la presente invención también proporcionó el efecto sorprendente de que el rendimiento de resistencia fue bueno incluso con una dosis baja de agente de fuerza catiónica c-PVOH. Por lo general, los agentes de fuerza catiónica se dosifican en cantidades relativamente mayores, más de 1 kg/t.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición acuosa de resistencia en seco adecuada para su uso en la fabricación de papel, cartón o similares, cuya composición comprende una mezcla, preparada por mezcla, de

- 10 - 90% en peso de un componente polimérico sintético, que es un copolímero de acrilamida y al menos un monómero aniónico, que se selecciona de ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido itacónico , ácido crotónico, ácido isocrotónico y cualquiera de sus mezclas, o sus sales, teniendo el componente polimérico una anionicidad de 1 a 60% en moles, y

- 10 - 90% en peso de un componente de almidón catiónico, que tiene un grado de sustitución de 0,025 - 0,3, el componente de polímero sintético y el componente de almidón catiónico proporcionan a la composición una densidad de carga en el intervalo de

- 0,05 - 1 meq/g, cuando se mide a pH 2,8, y

- -0,2 - -3 meq/g, cuando se mide a pH 7,0.

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada por que el componente de almidón catiónico tiene un contenido de amilopectina > 80%, preferiblemente > 85%, más preferiblemente > 90%, incluso más preferiblemente > 95%.

3. Composición según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el componente de polímero sintético y el componente de almidón catiónico proporcionan una densidad de carga en el intervalo de

- 0,1 - 0,5 meq/g, preferiblemente 0,15 - 0,3 meq/g, cuando se mide a pH 2,8, y

-0,4 - -2,0 meq/g, preferiblemente -0,5 - -1,5, cuando se mide a pH 7,0.

4. Composición según la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizada por que la composición de resistencia en seco tiene una carga neta aniónica ya a pH 5,5, preferiblemente ya a pH 5,0, más preferiblemente ya a pH 4,5.

5. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizada por que la composición de resistencia en seco comprende 30 - 70% en peso, preferiblemente 40 - 60% en peso, del componente polimérico sintético, y 30 -70% en peso, preferiblemente 40 - 60% en peso, del componente de almidón catiónico.

6. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizada por que el componente de almidón catiónico tiene un grado de sustitución de 0,03 - 0,16, preferiblemente 0,045 - 0,1.

7. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizada por que el componente de almidón catiónico es almidón no degradado.

8. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, caracterizada por que el componente de polímero sintético tiene una anionicidad de 340% en moles, preferiblemente 518% en moles, más preferiblemente 9 - 15% en moles, y/o un peso molecular medio ponderal PM en el intervalo de 300 000 - 1000 000 g/mol, preferiblemente 400 000 - 1000 000 g/mol, más preferiblemente 500 000 - 900000 g/mol.

9. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, caracterizada por que la composición de resistencia en seco está exenta de polímeros sintéticos catiónicos.

10. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9, caracterizada por que la composición de resistencia en seco tiene una viscosidad Brookfield de < 10.000 mPas, preferiblemente < 8.000 mPas, más preferiblemente < 6.000 mPas, a un contenido de sólidos de 14% en peso y a pH 3,0.

11. Método para la fabricación de papel, cartón o similares, que comprende

- obtener un material de fibra con un valor de pH de al menos 4,5,

- añadir un agente de fuerza catiónica al material de fibra, y

- diluir una composición de resistencia en seco según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 10 con agua para obtener una solución de composición de resistencia en seco que tenga un pH final > 3, y

- añadir la solución de la composición de resistencia en seco al material de fibra antes o después de la adición del agente de fuerza catiónica.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado por que el material de fibra comprende fibras recicladas y/o pulpa química, y/o el material de fibra tiene una conductividad de al menos 2 mS/cm, preferiblemente al menos 3 mS/cm, más preferiblemente al menos 4 mS/cm.

13. Método según la reivindicación 11 o 12, caracterizado por añadir la composición de resistencia en seco en una cantidad de 0,5 - 4,0 kg/tonelada de material de fibra seco, preferiblemente 1 - 3 kg/tonelada de material de fibra seco.

14. Método según la reivindicación 11, 12 o 13, caracterizado por añadir el agente de fuerza catiónica y la composición de resistencia en seco en una cantidad tal que el número de cargas aniónicas en exceso en la composición de resistencia en seco, a pH 7, es 20 - 200%, preferiblemente 50 - 120%, del número total de cargas catiónicas del agente de fuerza catiónica.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 - 14, caracterizado por que el agente de fuerza catiónica se selecciona de un grupo de almidón catiónico, poliamidoamina-epiclorhidrina, polímeros catiónicos de acrilamida y polivinilaminas.