ES2907276T3

ES2907276T3 - Método para aumentar la resistencia del papel

Info

Publication number: ES2907276T3
Application number: ES14814904T
Authority: ES
Inventors: Chen Lu; Scott Rosencrance; Danny Nguyen
Original assignee: Kemira Oyj
Current assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2014-11-24
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2034-11-24
Also published as: CA2931193A1; KR20160089433A; US20150144282A1; NZ720188A; CA2931193C; EP3071751A1; PL3071751T3; RU2667287C1; PT3071751T; US9347181B2; EP3071751B1; KR102377934B1; KR102492250B1; CN105899729A; KR20220038543A; AU2014351736A1; WO2015075318A1; AU2014351736B2; CN105899729B; JP2016539256A

Abstract

Una composición que comprende una poliacrilamida aniónica (APAM), en la que la poliacrilamida aniónica (APAM) comprende un monómero aniónico seleccionado de ácido acrílico y sus sales, ácido metacrílico y sus sales, ácido 2- acrilamido-2-metilpropanosulfónico (AMPS), la sal de sodio de AMPS, vinilsulfonato de sodio, sulfonato de estireno, ácido maleico y sus sales, sulfonato, itaconato, acrilato o metacrilato de sulfopropilo u otras formas solubles o dispersables en agua de estos u otros ácidos carboxílicos o sulfónicos polimerizables, o combinaciones de los mismos, y una poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga (GPAM), en la que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6 - 5.0 meq/g.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para aumentar la resistencia del papel

Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones que comprenden una poliacrilamida aniónica (APAM) y una poliacrilamida glioxilada de alta carga (GPAM), y el uso de las mismas para aumentar la resistencia del papel en el proceso de fabricación de papel.

Antecedentes de la invención

Las hojas de papel se fabrican deshidratando una suspensión de pulpa, formando una red uniforme y secando la red. Durante el proceso de fabricación de papel, se agregan comúnmente varios productos químicos para aumentar la productividad y también mejorar las propiedades físicas del papel. Por ejemplo, se añaden auxiliares de retención/drenaje a la suspensión de pulpa para aumentar la tasa de deshidratación de la pulpa y también fijar las sustancias aniónicas a la hoja de papel final. Las resinas de resistencia del papel también se introducen a menudo para aumentar la resistencia en seco y/o la resistencia en húmedo del papel.

La poliacrilamida glioxilada (GPAM) se usa generalmente en una variedad de grados de papel para mejorar la resistencia seca y húmeda temporal. Se utiliza, por ejemplo, para aumentar la resistencia inicial a la humedad de muchos tejidos domésticos que entran en contacto con el agua durante su uso. La poliacrilamida glioxilada también se aplica para aumentar la resistencia a la compresión y la estabilidad dimensional de muchos productos de papel para cartón.

La poliacrilamida glioxalada catiónica es una resina de resistencia bien conocida que a menudo se considera como punto de referencia para generar resistencia en seco. El esqueleto de poliacrilamida normalmente incorpora una pequeña cantidad de un monómero catiónico, por ejemplo cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), lo que hace que el polímero se autoretenga en las fibras. GPAM es un polímero reactivo que se puede unir covalentemente con la celulosa tras la deshidratación.

US8435382 describe un polímero glioxilado obtenido a partir de la reacción entre el glioxal y un polímero base de poliacrilamida catiónica que comprende al menos aproximadamente un 25% en peso de monómero catiónico. US8435382 también describe un proceso de fabricación de papel que comprende absorber una cantidad del polímero de poliacrilamida glioxilada sobre fibras de fabricación de papel de celulosa en suspensión acuosa, formar dicha suspensión en una red depositada en agua y secar dicha red, en el que la cantidad de polímero de poliacrilamida glioxilada es eficaz para aumentar al menos una propiedad del papel seleccionada entre resistencia en seco, resistencia en húmedo o tasa de deshidratación.

US2010/0326615 describe un proceso para fabricar papel que comprende agregar micropartículas que contienen silicio y un polímero de poliacrilamida glioxalada que comprende al menos aproximadamente 25% en peso de monómero catiónico a una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, y formar dicha suspensión en una red depositada en agua y secar dicha red para formar papel. Antes de deshidratar, la suspensión de fibra tratada con la combinación de polímeros GPAM y micropartículas que contienen silicio puede tener uno o más aditivos adicionales opcionales mezclados en la suspensión de fibra, como floculantes y coagulantes.

US2011/0056640 describe un proceso para mejorar el drenaje en la fabricación de papel que comprende agregar una cantidad efectiva de un GPAM catiónico a la suspensión acuosa de fibras celulósicas, en el que el producto GPAM se prepara utilizando un polímero base que comprende más del 10% en moles de monómero catiónico.

US2009/0165978 describe una composición para mejorar la resistencia en húmedo del papel que comprende una mezcla de dos componentes, un agente de refuerzo polimérico del papel, tal como un polímero aniónico seleccionado del grupo que consiste en un copolímero de acrilamida-ácido acrílico, un copolímero de estireno ácido acrílico, un copolímero de estireno maleico anhídrido, un copolímero de estireno-ácido acrílico-hidroxietilacrilato, carboximetilcelulosa (CMC), un látex aniónico y mezclas de los mismos, y una poliacrilamida estabilizada. La poliacrilamida se ha estabilizado por glioxilación mediante una secuencia de reacción específica.

Sería beneficioso desarrollar un programa químico para aumentar tanto la tasa de retención/drenaje de la fabricación de papel como también las propiedades de resistencia del papel. Dicho programa 2 en 1 simplificaría significativamente la gestión de productos químicos, lo que resultaría en menos errores del operador. Además, dicho programa también reduciría el coste de los productos químicos y también el equipo de bombeo.

Sumario de la invención

En la presente invención se descubrió sorprendentemente que cuando se combina PAM aniónico con poliacrilamida glioxilada de alta carga catiónica, la resistencia del papel puede mejorar significativamente. Además, este nuevo programa también se puede aplicar para aumentar la tasa de producción.

Los productos GPAM convencionales generalmente contienen menos de 0.3 meq/g de cargas. Como resultado, solo se puede aplicar una pequeña cantidad de APAM, lo que da como resultado una baja resistencia del papel y también un débil rendimiento de retención/drenaje. A dosis de APAM más altas, se deben aplicar dosis de GPAM significativamente más altas para asegurar la carga catiónica neta, lo que genera un alto coste de aplicación. Como resultado, los productos GPAM convencionales se aplican comúnmente en combinación con un floculante de poliacrilamida catiónica (CPAM) para aumentar la retención/drenaje.

En la presente divulgación, se desarrollaron productos GPAM con densidades de carga catiónica elevadas que generalmente tenían densidades de carga catiónica superiores a 0.4 meq/g, por ejemplo, aproximadamente 2.3 meq/g. La combinación de una poliacrilamida aniónica (APAM) y dicha poliacrilamida glioxilada de alta carga (GPAM) proporcionó tasas de retención/drenaje significativamente más altas que los programas comerciales existentes para varios tipos de suspensiones de pulpa. Como se muestra en la presente invención, este nuevo programa también aumentó drásticamente las propiedades de resistencia del papel con respecto al producto comercial existente Fennobond 3000. Los resultados también demuestran que la presente invención es particularmente efectiva para las suspensiones de pulpa que contienen alto pH y alta alcalinidad donde el GPAM por sí solo no proporcionar beneficios de resistencia significativos.

La presente descripción proporciona una composición para aumentar la resistencia del papel en el proceso de fabricación de papel, comprendiendo dicha composición una poliacrilamida aniónica (APAM) y una poliacrilamida glioxilada de alta carga (GPAM), en la que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6-5.0 meq/g.

La composición de la presente invención se define en la reivindicación 1.

La presente descripción también proporciona un método para aumentar la resistencia del papel en el proceso de fabricación de papel que comprende: agregar a una suspensión de pulpa dicha composición que comprende una poliacrilamida aniónica (APAM) y una poliacrilamida glioxilada de alta carga (GPAM), donde la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6-5.0 meq/g, y formar la pulpa en papel.

La presente descripción también proporciona un proceso para fabricar papel que comprende agregar a una suspensión de pulpa dicha composición que comprende una poliacrilamida aniónica (APAM) y una poliacrilamida glioxilada de alta carga (GPAM), en donde la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica de más de 0.4 meq/g, y formar la pulpa en papel.

La presente descripción también proporciona un método para aumentar la resistencia del papel en el proceso de fabricación de papel que comprende: agregar a una hoja de papel seca dicha composición que comprende una poliacrilamida aniónica (APAM) y una poliacrilamida glioxilada de alta carga (GPAM), donde la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6-5.0 meq/g.

El método de la presente invención para aumentar la resistencia del papel en el proceso de fabricación de papel se define en la reivindicación 8.

La presente invención también proporciona un producto de papel o pulpa obtenido con dicho método.

La presente invención proporciona varias ventajas. En la presente invención, el GPAM catiónico forma complejos acuosos con el PAM aniónico mediante interacción electrostática y enlace covalente. En comparación, los coagulantes convencionales interactúan con los floculantes aniónicos solo a través de interacciones electrostáticas. La fuerte interacción entre el GPAM catiónico y el PAM aniónico proporciona un rendimiento de retención/drenaje sorprendentemente superior sobre los programas de retención convencionales.

La presente invención demuestra que se prefiere una carga catiónica neta para lograr un buen rendimiento de retención/drenaje. Además, se requiere una dosificación de GPAM más baja para lograr un rendimiento de retención/drenaje comparable o mejor si la densidad de carga del GPAM es mayor. La invención se puede utilizar en la mayoría de las calidades de papel, por ejemplo, en papeles tisú, embalaje y cartón, papel de periódico y papeles de impresión/escritura, para mejorar la resistencia a la tracción, al estallido y superficial.

Otra ventaja de la presente invención es que aumenta tanto la resistencia en seco como la resistencia en húmedo del papel. En consecuencia, esta invención elimina la necesidad de añadir otra resina resistente, lo que da como resultado una reducción de costes y también una simplificación de la operación.

Otra ventaja de la presente invención es que es particularmente eficaz para las materias primas recicladas que contienen altos contenidos de relleno y altos niveles de alcalinidad.

Descripción detallada de la invención

Generalmente, una poliacrilamida glioxilada catiónica se prepara haciendo reaccionar glioxal con un polímero base de poliacrilamida catiónica en una solución acuosa ligeramente alcalina y estabilizando en condiciones ácidas. Este método es conocido por un experto en la materia y se explica, por ejemplo, en los documentos citados, que se incorporan aquí como referencia. La poliacrilamida glioxilada de alta carga de la presente invención se puede obtener con dicho método.

La poliacrilamida glioxilada de "alta carga" tal como se usa aquí se refiere a productos GPAM que tienen altas densidades de carga catiónica en el intervalo de aproximadamente 0.6-5.0 meq/g. En un ejemplo, la alta densidad de carga catiónica está en el intervalo de aproximadamente 0.6-4.0 meq/g. En un ejemplo, la alta densidad de carga catiónica está en el intervalo de aproximadamente 0.8-3.5 meq/g. En un ejemplo, la alta densidad de carga catiónica está en el intervalo de aproximadamente 1-3 meq/g.

La poliacrilamida glioxilada catiónica comprende monómeros catiónicos y monómeros de acrilamida. La cantidad de monómero catiónico en el polímero base de poliacrilamida catiónica puede estar en el intervalo de 10-90% en peso. En un ejemplo, el polímero base de poliacrilamida catiónico contiene aproximadamente 20-70% en peso del monómero catiónico. La poliacrilamida glioxilada catiónica puede comprender solo un tipo de monómeros catiónicos, o puede comprender más de un tipo de monómeros catiónicos.

La cantidad de monómero de acrilamida en el GPAM catiónico puede estar en el intervalo de 20-90% en peso. En un ejemplo, el GPAM catiónico contiene aproximadamente 30-80% en peso del monómero de acrilamida. La acrilamida puede ser acrilamida u otro monómero que contenga amina primaria, tal como metacrilamida, etilacrilamida, N-etil metacrilamida, N-butil metacrilamida o N-etil metacrilamida o combinaciones de los mismos.

El monómero catiónico puede ser cualquier monómero catiónico adecuado generalmente usado en dichas poliacrilamidas catiónicas glioxiladas. Los ejemplos generales de monómeros catiónicos incluyen alil amina, vinil amina, acrilatos y metacrilatos de dialquilaminoalquilo y sus sales cuaternarias o ácidas, que incluyen, entre otros, sal cuaternaria de cloruro de metilo acrilato de dimetilaminoetilo (DMAEA.MCQ), sal cuaternaria de sulfato de metilo de acrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de cloruro bencilo de acrilato de dimetilaminoetilo, sal de ácido sulfúrico de acrilato de dimetilaminoetilo, sal de ácido clorhídrico de acrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de cloruro de metilo de metacrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de sulfato de metilo de metacrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de cloruro de bencilo de metacrilato de dimetilaminoetilo, sal de ácido sulfúrico de metacrilato de dimetilaminoetilo, sal de ácido clorhídrico de metacrilato de dimetilaminoetilo , dialquilaminoalquilacrilamidas o metacrilamidas y sus sales cuaternarias o ácidas tales como cloruro de acrilamidopropiltrimetilamonio, sal cuaternaria de metilsulfato de dimetilaminopropilacrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetilaminopropilacrilamida, sal de ácido clorhídrico de dimetilaminopropilacrilamida, cloruro de metacrilamidopropiltrimetilamonio, sal cuaternaria de sulfato de metilo de dimetilaminopropilmetacrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetilaminopropilmetacrilamida, sal de ácido clorhídrico de dimetilaminopropilmetacrilamida, dietilaminoetilacrilato, dietilaminoetilmetacrilato, cloruro de dialildietilamonio. Los grupos alquilo pueden ser C^1-4alquilo

En un ejemplo, el monómero se selecciona de cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), 2-vinilpiridina, 4-vinilpiridina, 2-metil-5-vinilpiridina, cloruro de 2-vinil-N-metilpiridinio, cloruro de p-vinilfeniltrimetilamonio, cloruro de pvinilbenciltrimetilamonio, metacrilato de 2-(dimetilamino)etilo, cloruro de trimetil(p-vinilbencil)amonio, pdimetilaminoetilestireno, dimetilaminopropilacrilamida, metilsulfato de 2-metilacroiloxietiltrimetilamonio, cloruro de 3-acrilamido-3-metilbutiltrimetilamonio, 2-(dimetilamino) acrilato de 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 [3 -(metacriloiloxi)propilo]trimetilamonio y combinaciones de los mismos. En un ejemplo específico, el monómero es cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC).

Si el peso molecular de la poliacrilamida catiónica es demasiado alto o demasiado bajo, la resistencia del papel tiende a deteriorarse. En un ejemplo, el polímero base de poliacrilamida catiónica de la poliacrilamida glioxilada de alta carga tiene un peso molecular en el intervalo de 500-1 000000 Daltons. En un ejemplo, el polímero base de poliacrilamida catiónica de la poliacrilamida glioxilada de alta carga tiene un peso molecular en el intervalo de 1000-100000 Dalton. En un ejemplo, el polímero base de poliacrilamida catiónica de la poliacrilamida glioxilada de alta carga tiene un peso molecular en el intervalo de 2000-30 000 Dalton. En un ejemplo, el polímero base de poliacrilamida catiónica de la poliacrilamida glioxilada de alta carga tiene un peso molecular en el intervalo de 3000-20 000 Dalton. En un ejemplo, el polímero base de poliacrilamida catiónica de la poliacrilamida glioxilada de alta carga tiene un peso molecular en el intervalo de 5000-15000 Dalton.

En un ejemplo, el GPAM puede estar presente en una cantidad de 0.01 -2% en peso de pulpa seca. En un ejemplo, el APAM puede estar presente en una cantidad de 0.01-1% en peso de pulpa seca. La relación de GPAM a APAm puede estar en el intervalo de 0.01:1-1:0.01. En un ejemplo, la relación GPAM a APAM está en el intervalo de 0.1:1-1:0.1. En un ejemplo, la proporción de GPAM a APAM es de aproximadamente 1:1.

Las poliacrilamidas aniónicas (APAM) son copolímeros de acrilamidas y monómeros aniónicos, donde los monómeros aniónicos incluyen ácido acrílico y sus sales, por ejemplo acrilato de sodio y acrilato de amonio, ácido metacrílico y sus sales, por ejemplo metacrilato de sodio y metacrilato de amonio. , ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico (AMPS), la sal de sodio de AMPS, vinilsulfonato de sodio, sulfonato de estireno, ácido maleico y sus sales, por ejemplo, la sal de sodio y la sal de amonio, sulfonato, itaconato, acrilato de sulfopropilo o metacrilato u otras formas solubles o dispersables en agua de estos u otros ácidos carboxílicos o sulfónicos polimerizables, o combinaciones de los mismos.

En un ejemplo, la poliacrilamida aniónica tiene un peso molecular en el intervalo de 500-60 000 000 Daltons. En un ejemplo, la poliacrilamida aniónica tiene un peso molecular en el intervalo de 500-30000000 Daltons. En un ejemplo, la poliacrilamida aniónica tiene un peso molecular en el intervalo de 1000-1 000 000 Daltons. En un ejemplo, la poliacrilamida aniónica tiene un peso molecular en el intervalo de 100 000-500 000 Daltons. En un ejemplo, la poliacrilamida aniónica tiene un peso molecular de aproximadamente 300000 Dalton. La poliacrilamida aniónica puede tener una densidad de carga en el intervalo de aproximadamente -1-2 meq/g, como por ejemplo aproximadamente -1.3 meq/g.

La composición generalmente está presente como una solución acuosa, que puede contener al menos 10% (p/p) de la composición que comprende APAM y GPAM. En un ejemplo, la solución acuosa contiene al menos el 25% (p/p) de la composición que comprende APAM y GPAM. Debido a que APAM y GPAM reaccionan instantáneamente al mezclarlos y la composición formada puede no ser estable, la composición normalmente se prepara instantáneamente antes de su uso. En un ejemplo, la composición se prepara in situ. En otro ejemplo, la composición se prepara en el sitio. "En el sitio" significa que la preparación se lleva a cabo por separado de la aplicación objetivo de la composición, y la composición obtenida se llevará rápidamente al objetivo después de la preparación. In situ significa "en la mezcla de reacción", por ejemplo en el proceso de tratamiento.

En un ejemplo específico la composición no contiene otros componentes además de dicho APAM y dicho GPAM en la solución acuosa, es decir. la composición consiste en dicho APAM y dicho GPAM en la solución acuosa.

La presente invención es particularmente eficaz para las suspensiones de pulpa que contienen pH alto y alta alcalinidad. El pH alto se refiere a un pH superior a 6.5, por ejemplo un pH de al menos 7.0, o al menos 7.5. La alta alcalinidad se refiere a una concentración de álcali de al menos 30 ppm, tal como más de 60 ppm, por ejemplo, al menos más de 90 ppm.

Dicha composición que comprende la combinación de APAM y GPAM se puede añadir a la pulpa o papel, por ejemplo, a la suspensión de pulpa, en cualquier ubicación adecuada, por ejemplo, en cualquier ubicación final húmeda adecuada, para producir un producto de papel o pulpa con mayor resistencia. La suspensión de pulpa también puede denominarse lodo de pulpa. La composición puede añadirse al proceso de fabricación de papel en cualquier punto en el que generalmente se añaden tales aditivos de resistencia. La composición se añade preferiblemente como una solución acuosa. La composición se puede añadir en cualquier momento antes, durante o después de que se forme el papel. Los ejemplos de tales puntos de tiempo o ubicaciones incluyen antes o después de refinar la pulpa, en la bomba del ventilador, antes o en la caja de cabeza, o por pulverización, impresión, recubrimiento o impregnación en la banda, en papel preformado, por ejemplo, por apresto en tina, o sobre las hojas de papel secas, por ejemplo por pulverización. El "sistema de resistencia", tal como se usa aquí, generalmente se refiere a dicha composición y variantes de la misma.

En una realización ejemplar, el método comprende agregar la composición a una suspensión o lodo de pulpa, que puede usarse para producir un producto de papel. Como resultado, el sistema de resistencia se dispersa por todo el producto de papel resultante.

En una realización ejemplar, el método comprende los pasos de formar una suspensión acuosa de fibras celulósicas, como pulpa, agregar una cantidad de la composición a dicha suspensión, formar las fibras celulósicas en una hoja y secar la hoja para producir un papel.

En una realización ejemplar, el método comprende agregar o aplicar la composición a una hoja de papel preformada o seca.

En una realización ejemplar de un sistema de resistencia que incluye GPAM y APAM, los componentes individuales pueden combinarse primero y luego aplicarse a una banda o fibras, o los dos componentes pueden aplicarse simultánea o secuencialmente en cualquier orden. Después de que los dos componentes se hayan aplicado a la tela, la banda o las fibras se secan y se calientan lo suficiente como para lograr la interacción deseada entre los dos compuestos.

Solo a modo de ejemplo, la aplicación del sistema de resistencia (o un componente del mismo) se puede aplicar mediante cualquiera de los siguientes métodos o combinaciones de los mismos. En una realización ejemplar, el método puede incluir la adición directa del sistema de resistencia (o un componente del mismo) a un lodo fibroso, como por inyección del compuesto en un lodo antes de la entrada en la caja de entrada. En una realización ejemplar, la suspensión puede ser de aproximadamente 0.1 % a aproximadamente 50 % en peso, de aproximadamente 0.2 % a 10 %, de aproximadamente 0.3 % a aproximadamente 5 % o de aproximadamente 0.4 % a aproximadamente 4 %.

En una realización ejemplar, el método puede incluir pulverizar el sistema de resistencia (o un componente del mismo) a una tela fibrosa. Por ejemplo, las boquillas de pulverización pueden montarse sobre una banda de papel en movimiento para aplicar una dosis deseada de una solución a una banda que puede estar húmeda o sustancialmente seca.

En una realización ejemplar, el método puede incluir la aplicación del sistema de resistencia (o un componente del mismo) por pulverización u otros medios a una cinta o tela en movimiento, que a su vez entra en contacto con la red de papel tisú para aplicar el producto químico a la red, como es descrito en WO 01/49937.

En una realización ejemplar, el método puede incluir la impresión del sistema de resistencia (o un componente del mismo) en una banda, como por ejemplo mediante impresión offset, impresión por huecograbado, impresión flexográfica, impresión por chorro de tinta, impresión digital de cualquier tipo y similares.

En una realización ejemplar, el método puede incluir recubrir el sistema de resistencia (o un componente del mismo) sobre una o ambas superficies de una banda, como recubrimiento de hoja, recubrimiento de cuchillo de aire, recubrimiento de permanencia corta, recubrimiento fundido y similares.

En una realización ejemplar, el método puede incluir la extrusión desde un cabezal de matriz del sistema de resistencia (o un componente del mismo) en forma de una solución, una dispersión o emulsión, o una mezcla viscosa.

En una realización ejemplar, el método puede incluir la aplicación de un sistema de resistencia (o un componente del mismo) a fibras individualizadas. Por ejemplo, las fibras trituradas o secadas instantáneamente pueden arrastrarse en una corriente de aire combinada con un aerosol o pulverización del compuesto para tratar fibras individuales antes de incorporarlas a una red u otro producto fibroso.

En una realización ejemplar, el método puede incluir la impregnación de una banda húmeda o seca con una solución o suspensión del sistema de resistencia (o un componente del mismo), donde el sistema de resistencia (o un componente del mismo) penetra una distancia significativa en el espesor de la banda, como aproximadamente el 20 % o más del grosor de la red, aproximadamente el 30 % o más y aproximadamente el 70 % o más del grosor de la red, incluida la penetración completa de la red en toda la extensión de su grosor.

En una realización ejemplar, el método para la impregnación de una banda húmeda puede incluir el uso de1Hydra-Sizer® system, producido por Black Clawson Corp., Watertown, N.Y., como se describe en New Technology to Apply Starch and Other Additives, Pulp and Paper Canada, 100(2): T42-T44 (febrero de 1999). Este sistema incluye un troquel, una estructura de soporte ajustable, una bandeja receptora y un sistema de suministro de aditivos. Se crea una fina cortina de líquido o suspensión descendente que entra en contacto con la banda en movimiento debajo de ella. Se dice que se pueden conseguir amplios intervalos de dosis aplicadas del material de revestimiento con buena capacidad de funcionamiento. El sistema también se puede aplicar para recubrir en cortina una banda relativamente seca, como una banda justo antes o después del crepado.

En una realización ejemplar, el método puede incluir una aplicación de espuma del sistema de resistencia (o un componente del mismo) a una banda fibrosa (porejemplo., acabado de espuma), ya sea para aplicación tópica o para la impregnación del aditivo en la red bajo la influencia de un diferencial de presión (por ejemplo., impregnación de la espuma asistida por vacío). Los principios de la aplicación de espuma de aditivos tales como agentes aglutinantes se describen en las siguientes publicaciones: "Foam Finishing Technology: The 25 Controlled Application of Chemicals to a Moving Substrate, " Textile Chemist and Colorist, Vol. 10, No. 12, 1978, páginas 37--40; C. W. Aurich, "Uniqueness in Foam Application" Proc. 1992 Tappi Nonwovens Conference, Tappi Press, Atlanta, Geogia, 1992, pp. 15-19; W. H artmann, "Application Techniques for Foam Dyeing & Finishing", Canadian Textile Journal, abril de 1980, p. 55; U.S. Pat. No. 4297860, y U.S. Pat. No. 4773110, cada uno de los cuales se incorpora aquí por referencia.

En una realización ejemplar, el método puede incluir relleno de una solución que contiene el sistema de resistencia (o un componente del mismo) en una banda fibrosa existente.

En una realización ejemplar, el método puede incluir la alimentación fluida de rodillos de una solución de sistema de resistencia (o un componente del mismo) para aplicación a la red.

Cuando se aplica a la superficie de una banda de papel, una realización ejemplar de la presente divulgación puede incluir la aplicación tópica del sistema de resistencia del papel (por ejemplo., el polímero PAE y, opcionalmente, la resina polimérica funcionalizada con aldehído) se pueden producir en una banda embrionaria antes del secado Yankee o durante el secado y, opcionalmente, después de que se haya aplicado la deshidratación al vacío final.

El método de la presente invención se puede aplicar a cualquier tipo de proceso de fabricación de papel. Se incluyen todos los tipos y calidades de papeles adecuados, tales como papel Kraft, papel al sulfito, papel semiquímico y similares, incluido el papel producido utilizando pulpa blanqueada, pulpa sin blanquear o combinaciones de los mismos.

Además, cualquier tipo adecuado de pulpa puede tratarse con el método de la invención. Estos incluyen, por ejemplo, pulpa virgen y/o reciclada, tal como pulpa virgen al sulfito, pulpa partida, pulpa kraft de madera dura, pulpa kraft de madera blanda, envases corrugados viejos (OCC), mezclas de tales pulpas y similares. También se puede aplicar cualquier método de fabricación de pulpa mecánico, por ejemplo, pulpa termomecánica (TMP), pulpa de piedra triturada (SOW) o pulpa quimiotermomecánica (CTMP). Diferentes tipos de pulpa requieren diferentes tipos de papel, aunque muchos papeles pueden usar una combinación o "mezcla" de varios tipos diferentes de pulpa y papel reciclado/recuperado. Generalmente, la pulpa se refiere a una suspensión acuosa que contiene fibras de celulosa.

La presente invención también proporciona un producto de papel o pulpa obtenido con el método según la reivindicación 8.

El producto puede ser, por ejemplo, láminas de papel, cartón, papel tisú o tablero de pared. Los productos de papel incluyen, por ejemplo, todos los grados de papel, papel de periódico, cartulina, medio acanalado y Kraft, y otros materiales de papel. Ejemplos específicos de papeles tisú incluyen papel tisú higiénico, pañuelos faciales, toallas de papel, papel de envolver, tisú higiénico, servilletas de mesa y similares. El producto de papel o pulpa obtenido con el método de la invención se puede distinguir de cualquier otro producto de papel o pulpa analizando el contenido de APAM y GPAM en el producto.

A continuación, la invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos, en los que se utilizó cloruro de dialildimetilamonio como monómero catiónico para GPAM y Fennobond 85 como APAM. El concepto general explicado en los ejemplos puede aplicarse también a otros tipos de GPAM y APAM.

Ejemplos

Muestras de poliacrilamida glioxalada

Se preparó una muestra de poliacrilamida glioxalada de alta carga (GPAM) mediante la reacción de reticulación entre un polímero base de poli(cloruro de acrilamida-co-dimetildialilamonio) y glioxal como se describe en las patentes US 3556932, 4605702 y 8435382 y la solicitud de patente US 20090071618. La Tabla 1 muestra las propiedades de la muestra GPAM.

Tabla 1. Propiedades de GPAM

Poliacrilamida aniónica

FENNOBOND 85 es una poliacrilamida aniónica comercial con un peso molecular de aproximadamente 300 000 Daltons y una densidad de carga de aproximadamente -1.3 meq/g.

Titulación de carga

Todas las resinas resistentes se diluyeron primero al 1.0 % en peso usando agua desionizada y el pH se ajustó a 7.0 usando HCl diluido o NaOH. Posteriormente, se añadieron 0.5 g de la resina resistente diluida y 9.5 g de agua DI a un titulador de carga Mutek. Se usó una solución de PVSK de 0.001 meq como titulador para las resinas de resistencia catiónica y una solución de poliDADMAC de 0.001 meq como titulador para la resina de resistencia aniónica. Se registraron las cantidades de titulador utilizadas para convertir la carga de solución en neutral. Las densidades de carga de los productos se calcularon en consecuencia y los resultados se dan en la Tabla 1.

Preparación de hojas de mano

Se prepararon hojas hechas a mano utilizando una mezcla de pulpa de madera dura blanqueada y madera blanda blanqueada. Se usó agua desionizada para la preparación de la materia prima y se añadieron 150 ppm adicionales de sulfato de sodio y 35 ppm de cloruro de calcio. Mientras se mezclaba con un agitador de cabeza, se trató un lote de 0.6 % de sólidos que contenía 8.7 g de fibras de celulosa con varias muestras de agentes de resistencia (descritos a continuación) que se diluyeron al 1 % en peso con agua desionizada. Después de la adición del agente de resistencia, la suspensión de pulpa se mezcló durante 30 segundos. Luego, se formaron cuatro hojas de papel de 3 g utilizando un molde de hoja manual Nobel & Woods estándar (8"x8"), para lograr un peso base de 52 lbs/3000 pies2 (0.51 Pensilvania; 1 libra/3000 pies2 = 1.6275 g/m2). Las hojas manuales se prensaron entre fieltros en el punto de contacto de una prensa neumática de rodillos a aproximadamente 15 psig y se secaron en un secador rotatorio a 110°C. Las muestras de papel se curaron en horno durante 10 minutos a una temperatura de 110°C y luego se acondicionaron en la sala de control TAPPI estándar durante la noche.

Ensayo de resistencia a la tracción en seco

La resistencia a la tracción se mide aplicando una tasa de elongación constante a una muestra y registrando la fuerza por unidad de ancho requerida para romper una muestra. Este procedimiento hace referencia al método de prueba TAPPI T494 (2001), que se incorpora aquí como referencia y se modifica como se describe.

Ensayo inicial de resistencia a la tracción en húmedo

Este método de prueba se utiliza para determinar la resistencia inicial a la tracción en húmedo del papel o cartón que ha estado en contacto con agua durante 2 segundos. Se coloca una muestra de tira de papel de 1 pulgada de ancho en la máquina de ensayo de tracción y se humedece ambos lados de la tira con agua destilada con un pincel. Después del tiempo de contacto de 2 segundos, la tira se alarga como se establece en 6.8-6.10 del método de prueba TAPPI 494 (2001)). La tracción húmeda inicial es útil en la evaluación de las características de rendimiento de los productos de tisú, las toallas de papel y otros papeles sujetos a estrés durante el procesamiento o el uso mientras se humedecen instantáneamente. Este método hace referencia al documento de Patente U.S. 4233411 y modificado como se describe.

Ensayo de resistencia a la tracción en húmedo permanente

Este método de prueba se utiliza para determinar la resistencia a la tracción en húmedo del papel o cartón que ha estado en contacto con agua durante un período prolongado de 30 minutos. Una muestra de tira de papel de 1 pulgada de ancho se sumerge en agua durante 30 minutos y se coloca en la máquina de prueba de tracción. La tira es alargada como se establece en 6.8-6.10 del método de prueba TAPPI 494 (2001)). Una resistencia a la tracción en húmedo permanente baja indica que el producto de papel se puede volver a hacer pulpa en agua sin energía mecánica significativa o dispersarse en agua fácilmente sin obstruir los sistemas de alcantarillado.

Resultados y discusión

Ha sido ampliamente aceptado que el desempeño de GPAM depende del nivel de alcalinidad en la suspensión de pulpa. El aumento del nivel de alcalinidad generalmente reduce el aumento de la resistencia del papel de los productos GPAM. Como se muestra en la Tabla 3, con 100 ppm de alcalinidad a pH 7.5, 9 lb/ton de Fe Nn OBOn D 3000 no proporcionó ningún aumento de resistencia (1 lb = 0.4536 kg). En comparación, la combinación de FENNOBOND 85 y el Ejemplo 2 condujo tanto a un aumento elevado de la resistencia a la tracción en seco como a un aumento elevado a la tracción en húmedo. Además, el aumento de la resistencia depende de la relación en peso de GPAM a FENNOBOND 85. En la relación de 1:1, los productos de papel mostraron la mayor resistencia a la tracción en seco y también la mayor resistencia a la tracción en húmedo. Los productos GPAM contienen grupos funcionales aldehído que pueden reaccionar covalentemente con los grupos funcionales acrilamida APAM. Al mezclarse, el GPAM catiónico y el APAM forman complejos fuertes a través de interacciones electrostáticas y también interacciones covalentes. Como se demuestra en la Tabla 3, esta fuerte formación de complejo proporcionó el mayor aumento de resistencia en una proporción óptima de GPAM/APAM.

A proporciones más bajas, no había suficientes grupos aldehído para aumentar la resistencia del papel. En proporciones más altas, no había suficiente APAM para formar complejos con GPAM. Para las aplicaciones industriales, los productos GPAM convencionales se aplicaron comúnmente para producir grados de papel para embalaje y cartón (P&B). Los recursos de fibra de esos grados son a menudo reciclados de recipientes de cartón corrugado viejo (OCC) que contienen altos contenidos de relleno y altos niveles de alcalinidad. La combinación de GPAM y APAM de alta carga se puede aplicar en esta aplicación para mejorar aún más la resistencia del papel. Además, este nuevo programa también se puede aplicar para aumentar la tasa de producción, ahorrando el coste de un programa separado de retención/drenaje y el equipo de bombeo asociado.

Las resinas de poliamidoamina eficlorohidrina (PAE) se usan comúnmente para aumentar la resistencia en húmedo del papel. Sin embargo, la mayoría de las resinas PAE comerciales contienen compuestos organo-halo absorbibles (AOX) que se consideran cancerígenos. Existe un esfuerzo continuo para desarrollar resinas resistentes a la humedad del papel que no sean PAE en la industria de fabricación de papel. La combinación de GPAM y APAM de alta carga en esta invención proporciona una ruta alternativa para aumentar la resistencia en húmedo del papel, en particular para las fábricas de papel que utilizan materiales reciclados que contienen altos niveles de alcalinidad.

Tabla 2. Densidades de carga de los productos de resistencia

Tabla 3. Resistencia del papel bajo alta alcalinidad. Alcalinidad = 100 ppm, 50% madera dura 50% madera blanda, Freeness estándar canadiense = 450 ml, pH = 7.5, 1 Ib = 0.4536 kg.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición que comprende una poliacrilamida aniónica (APAM), en la que la poliacrilamida aniónica (APAM) comprende un monómero aniónico seleccionado de ácido acrílico y sus sales, ácido metacrílico y sus sales, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico (AMPS), la sal de sodio de AMPS, vinilsulfonato de sodio, sulfonato de estireno, ácido maleico y sus sales, sulfonato, itaconato, acrilato o metacrilato de sulfopropilo u otras formas solubles o dispersables en agua de estos u otros ácidos carboxílicos o sulfónicos polimerizables, o combinaciones de los mismos, y una poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga (GPAM), en la que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6 - 5.0 meq/g.

2. La composición de la reivindicación 1, en la que la poliacrilamida aniónica tiene un peso molecular en el intervalo de 500-60000000 Dalton, tal como en el intervalo de 1000-1 000000 Dalton.

3. La composición de la reivindicación 1, en la que el polímero base de poliacrilamida catiónica de la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene un peso molecular en el intervalo de 500-1 000 000 Dalton, tal como en el intervalo de 1000-100000 Dalton.

4. La composición de la reivindicación 1, en la que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6-4.0 meq/g.

5. La composición de la reivindicación 1, en la que la proporción de GPAM a APAM está en el intervalo de 0.01:1-1:0.01, tal como en el intervalo de 0.1:1-1:0.1.

6. La composición de la reivindicación 1, en la que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga comprende un monómero catiónico de cloruro de dialil dimetil amonio (DADMAC)

7. La composición de la reivindicación 1, en la que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga comprende un monómero catiónico seleccionado de 2-vinilpiridina, 4-vinilpiridina, 2-metil-5-vinilpiridina, cloruro de 2-vinil-N-metilpiridinio, cloruro de p-vinilfeniltrimetilamonio, cloruro de p-vinilbenciltrimetilamonio, metacrilato de 2-(dimetilamino)etilo, cloruro de trimetil(p-vinilbencil)amonio, p-dimetilaminoetilestireno, dimetilaminopropilacrilamida, metilsulfato de 2-metilacroiloxietiltrimetilamonio, cloruro de 3-acrilamido-3-metilbutiltrimetilamonio, 2-(dimetilamino) acrilato de 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]trimetil-amonio, cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [3-(acriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de [3-(metacriloiloxi)propil]-trimetilamonio y combinaciones de los mismos.

8. Un método para aumentar la resistencia del papel en el proceso de fabricación de papel que comprende agregar a una pulpa o papel una composición que comprende una poliacrilamida aniónica (APAM), en el que la poliacrilamida aniónica (APAM) comprende un monómero aniónico seleccionado de ácido acrílico y sus sales, ácido metacrílico y su sales, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico (AMPS), la sal de sodio de AMPS, vinilsulfonato de sodio, sulfonato de estireno, ácido maleico y sus sales, sulfonato, itaconato, acrilato o metacrilato de sulfopropilo u otras formas solubles o dispersables en agua de estos u otros ácidos carboxílicos o sulfónicos polimerizables, o combinaciones de los mismos, y una poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga (GPAM), en la que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6 - 5.0 meq/g.

9. El método de la reivindicación 8, en el que la poliacrilamida aniónica tiene un peso molecular en el intervalo de 500 60 000000 Dalton, tal como en el intervalo de 1000-1 000000 Dalton.

10. El método de la reivindicación 8, en el que el polímero base de poliacrilamida catiónica de la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene un peso molecular en el intervalo de 500-1 000 000 Dalton, tal como en el intervalo de 1000-100000 Dalton.

11. El método de la reivindicación 8, en el que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga tiene una densidad de carga catiónica en el intervalo de 0.6-4.0 meq/g.

12. El método de la reivindicación 8, en el que la proporción de GPAM a APAM está en el intervalo de 0.01:1-1:0.01, tal como en el intervalo de 0.1:1-1:0.1.

13. El método de la reivindicación 8, en el que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga comprende un monómero catiónico cloruro de dialil dimetil amonio (DADMAC).

14. El método de la reivindicación 8, en el que la poliacrilamida glioxilada catiónica de alta carga comprende un monómero catiónico seleccionado de 2-vinilpiridina, 4-vinilpiridina, 2-metil-5-vinilpiridina, cloruro de 2-vinil-N-metilpiridinio, cloruro de p-vinilfeniltrimetilamonio, cloruro de p-vinilbenciltrimetilamonio, metacrilato de 2-(dimetilamino)etilo, cloruro de trimetil(p-vinilbencil)amonio, p-dimetilaminoetilestireno, dimetilaminopropilacrilamida, metilsulfato de 2-metilacroiloxietiltrimetilamonio, cloruro de 3-acrilamido-3-metilbutiltrimetilamonio, 2-(dimetilamino) acrilato de 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]trimetil-amonio, cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio, cloruro de [3-(acriloiloxi)propil]trimetilamonio, cloruro de [3-(metacriloiloxi)propil]-trimetilamonio y combinaciones de los mismos.

15. El método de la reivindicación 8, en el que la composición se agrega a una suspensión de pulpa que tiene un pH superior a 6.5 o una concentración de álcali de al menos 30 ppm.

16. El método de la reivindicación 8, en el que la composición se agrega a la pulpa antes o después de refinar la pulpa, en la bomba del ventilador, antes o en la caja de cabeza, o por pulverización, impresión, revestimiento o impregnación en la red formada.

17. El método de la reivindicación 8, en el que la composición se añade a una hoja de papel preformada o seca.

18. Un producto de papel o pulpa obtenido con el método de la reivindicación 8.