ES2930417T3 - Composiciones de polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba y su uso en aplicaciones de fabricación de papel - Google Patents
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Abstract
En el presente documento se describen polímeros hidrófobos que contienen vinilamina útiles como aditivos de rendimiento de fabricación de papel para mejorar la suavidad del papel con poco o ningún efecto negativo sobre las propiedades de resistencia en seco del papel. Los polímeros hidrófobos que contienen vinilamina se producen incorporando la propiedad funcional hidrófoba en el resto de amina primaria de los polímeros que contienen vinilamina mediante reacciones con hidrófobos reactivos. Los polímeros que contienen vinilamina hidrofóbicamente modificados se pueden usar además como polímeros base para la polimerización con un monómero de vinilo mediante polimerización iniciada por radicales libres. Las composiciones de esos polímeros hidrófobos que contienen vinilamina han mostrado una suavidad mejorada, un coeficiente de fricción reducido para los productos de papel mientras mantienen o mejoran las propiedades de resistencia en seco de los productos de papel. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Composiciones de polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba y su uso en aplicaciones de fabricación de papel
Antecedentes
La composición actual se refiere a polímeros que contienen vinilamina hidrófoba como suavizantes de papel y auxiliares de resistencia en seco y los procesos para prepararlos. En la composición actual, los grupos amino primarios de los polímeros que contienen vinilamina se sustituyen con grupos funcionales hidrófobos reactivos y, opcionalmente, con otros grupos funcionales reactivos que imparten características físicas de los polímeros y proporcionan propiedades de aplicación a la fabricación de papel para ablandar los productos de papel sin o con un mínimo de impacto en las propiedades de resistencia en seco del papel.
Los productos de papel tisú y toallas se usan convencionalmente como materiales de papel absorbente y la suavidad de estos productos es una propiedad física importante desde la perspectiva de los clientes. La sensación de suavidad percibida por la mano del consumidor (tacto de la mano) proviene de varias propiedades del papel, que incluye la flexibilidad o rigidez de la lámina de papel y la suavidad de la superficie del papel. Otras propiedades físicas importantes y críticas de los productos de papel son la resistencia a la tracción de la lámina de papel y la absorbencia de agua. El desafío en la fabricación de papel de los productos de papel tisú y papel toallas es equilibrar estas propiedades para producir un producto de papel con mayor suavidad pero sin dañar la resistencia a la tracción del papel y la absorbencia de agua.
Los agentes de desunión de papel tradicionales que incluyen varios derivados cuaternarios de imidazolina y éster pueden aplicarse como dispersiones a las fibras de fabricación de papel para interrumpir la unión de fibra a fibra celulósica, lo que da como resultado productos de papel más blandos. Sin embargo, algunos de estos desligadores catiónicos hidrófobos de bajo peso molecular (menos de aproximadamente 5000 Daltons), tales como la imidazolina cuaternaria, pueden causar irritación en la piel humana debido a la salida de sustancias químicas tóxicas residuales en los productos que están altamente controlados por la regulación gubernamental. Además, estos tipos de agentes desligantes, cuando se usan como suavizantes, frecuentemente provocan disminuciones significativas en la resistencia a la tracción del papel, y hasta tal punto en muchos casos que se necesita usar una resina resistente en seco para compensar la pérdida de resistencia en la lámina de papel. A su vez, mediante el uso de una resina de resistencia en seco podría afectar negativamente la suavidad del papel. La resina de resistencia en seco no sólo complica el proceso de fabricación de papel, sino que también es desfavorable económicamente. Aunque una cantidad significativa de esfuerzos de investigación y desarrollo se han dirigido a la mejora de la suavidad del papel sin afectar la resistencia a la tracción, no existe una única solución técnica buena que pueda beneficiar tanto la suavidad como la resistencia a la tracción de los productos de papel tisú o toallas.
Se prefiere un suavizante catiónico polimérico en el diseño químico porque puede aplicarse fácilmente en el extremo húmedo en un proceso de fabricación de papel y todavía tiene una buena capacidad de retención en la fibra celulósica aniónica. Estructuralmente, la composición con suavizantes de alto peso molecular debe poseer las características de la sección hidrófoba así como también una sección hidrófila. Un posible enfoque para constituir este tipo de estructura es modificar un polímero catiónico soluble en agua hidrófilo y de alto peso molecular mediante el uso de un compuesto hidrófobo reactivo. El resto hidrófobo puede unirse a la cadena principal del polímero de forma aleatoria o bloquearse en ambos extremos de la cadena del polímero.
La Patente de Estados Unidos Núm. 6,488,812 describe nuevos polímeros hidrófobos sintéticos que tienen la capacidad de formar enlaces de hidrógeno para reducir la pelusa y el desprendimiento en productos de papel tisú mientras mantiene la suavidad y la resistencia. La Solicitud de Patente de Estados Unidos Núm. 2003/0024669 describe el uso de poliaminoamidas hidrófobamente modificadas con ésteres de polietilenglicol en productos de papel para producir un material de papel más suave y absorbente. La Patente de Estados Unidos Núm. 7,041,197 describe un polielectrolito aniónico hidrófobamente modificado y un método para fabricar papel para mejorar su resistencia en húmedo sin afectar a la suavidad del papel.
Los polímeros que contienen vinilamina se usan convencionalmente en la fabricación de papel para mejorar la resistencia en seco de los productos de papel y para mejorar la retención y el drenaje en los procesos de fabricación de papel. Los grupos de amina primaria de un polímero que contiene vinilamina pueden modificarse fácilmente covalentemente según se desee para introducir funcionalidad adicional al polímero y alterar sus propiedades químicas y físicas que lo hace útil en otras aplicaciones industriales así como también en la fabricación de papel.
La Patente de Estados Unidos Núm. 5,292,441 describe polivinilaminas cuaternizadas obtenidas de la reacción con un agente cuaternizante, tal como cloruro de metilo, sulfato de dimetilo o cloruro de bencilo como floculantes y su uso para la clarificación de aguas residuales. La Patente de Estados Unidos Núm. 8,604,134 describe la modificación de polivinilamina con diferentes grupos funcionales y su aplicación como un aditivo para la fabricación de papel. La Patente de Estados Unidos Núm. 7,902,312 describe el aducto de Michael de polivinilamina con compuestos de alquilcarbonilo a, p-insaturados y su uso posterior como aditivo para el sistema de fabricación de papel. La Patente de Estados Unidos Núm. 5,994,449 describe el uso de copolímero de vinilamina - alcohol vinílico funcionalizado con
epiclorhidrina y su mezcla con poliaminoamida como adhesivo de crepado para aplicación de papel. La Patente de Estados Unidos Núm. 8,614,279 describe un proceso para producir un polímero que contiene vinilamina acilada. El documento US 5,324,787 se refiere a poli(vinilamina)s que se han modificadas con respecto a su carácter hidrófobo. El documento US 6,057,404 se refiere a polímeros que contienen unidades de beta-hidroxialquilvinil-amina, que pueden obtenerse haciendo reaccionar polímeros que contienen unidades de vinilamina con epóxidos.
Los polímeros que contienen vinilamina también se usan como polímero base para la polimerización injertada de monómeros de vinilo. La Patente de Estados Unidos Núm. 6,864,330 describe un derivado de polivinilamina injertado con PEG. La Patente de Estados Unidos Núm. 5.753.759 describe copolímeros de injerto de polímeros a base de vinilamina. La solicitud de Patente de Estados Unidos Núm. 2015/0299961 describe una composición de copolímero de injerto de un monómero de vinilo y un polímero base funcionalizado que contiene vinilamina y un método para preparar el copolímero de injerto.
Aunque algunas de las referencias anteriores describen polímeros que contienen vinilamina modificada, no describen las polivinilaminas hidrófobamente modificadas actuales, que pueden usarse como aditivos de resistencia en seco para la fabricación de papel, auxiliares de retención, auxiliares de drenaje o agentes de control de brea y pegajosidad. Tampoco ninguna de las referencias describe derivados de polivinilamina hidrófoba en la fabricación de papel. A través de una extensa investigación, se descubrió que los polímeros de vinilo que contienen vinilamina hidrófobamente modificados pueden mejorar la suavidad del papel sin afectar negativamente las propiedades de resistencia en seco del papel.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1, representa la adición superficial de las composiciones de polímero de vinilo que contienen vinilamina hidrófoba de la presente invención en la evaluación del rendimiento.
La Figura 2, muestra la propiedad de suavidad y la resistencia a la tracción de las composiciones Precis® 900 a base de polivinilamina hidrófobamente modificada y sus mezclas con un polietilenglicol de cadena larga (PEGMO). El TQ218A mostrado en la Figura 2, representa ProSoft® TQ218A. El P900:PVAM mostrado en la Figura 2, representa la polivinilamina Precis® 900 hidrófobamente modificada.
La Figura 3, muestra la propiedad de suavidad y la resistencia a la tracción de polímeros de poliacrilamida vinilamina Precis® 900 hidrófobamente modificados que se abrevia como P900/PVAM:p-Acryl con y sin polietilenglicol de cadena larga.
La Figura 4, muestra la propiedad de suavidad y la resistencia a la tracción de Precis® 900 (AKD) y Prequel® 2000C (ASA) poli(vinilamina-co-alcohol vinílico) hidrófobamente modificado. PVAm:PVOH significa poli(vinilamina-coalcohol vinílico).
Resumen
Se proporcionan composiciones de polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba. También, se proporcionan procesos para fabricar polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba. Los polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba son polímeros catiónicos hidrófobos dispersables en agua que pueden usarse como aditivo de fabricación de papel para mejorar la suavidad del papel con poco o ningún efecto negativo sobre las propiedades de resistencia en seco del papel.
Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales también pueden usarse como separadores para el control de pegajosidad o pueden usarse como coagulantes para aumentar la retención de finos y rellenos a través de un mecanismo de fijación en el proceso de fabricación de papel. Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales también pueden usarse como floculante en el tratamiento de agua de desecho, plastificante, modificador de la viscosidad, aditivo para el cuidado personal, material de recubrimiento o portador de liberación lenta para diversas aplicaciones industriales.
La presente descripción también se refiere a un proceso para preparar polímeros que contienen vinilamina hidrófoba, que comprende la etapa de hacer reaccionar un polímero que contiene vinilamina en agua con sólidos activos entre aproximadamente 1 % y aproximadamente 50 %, puede estar entre aproximadamente 5 % y aproximadamente 25 %, y puede ser de aproximadamente 10 % a aproximadamente 20 %. En el contexto de la presente invención, la frase "sólidos activos" significa el % en peso de polivinilamina en la composición. El pH de la reacción es de aproximadamente 6 a aproximadamente 12, el pH puede ser de aproximadamente 7 a aproximadamente 11, y el pH puede ser de aproximadamente 8 a aproximadamente 10, a una temperatura de reacción de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 80 °C, puede ser de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 70 °C, y puede ser de aproximadamente 35 °C a aproximadamente 60 °C, durante un período de aproximadamente 6 minutos a aproximadamente 8 horas, puede ser de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 5 horas, y puede ser de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 3 horas, con un compuesto hidrófobamente modificado seleccionado del grupo que consiste en un agente reactivo hidrófobo alquilante y acilante de cadena de carbono C4 o más larga. El
término hidrófobo se usará en la presente descripción a lo largo de la solicitud para describir la polivinilamina que tiene propiedades hidrófobas. El polímero que contiene vinilamina se puede hacer reaccionar opcionalmente antes o después de la reacción hidrófoba con un compuesto seleccionado del grupo que consiste en un agente alquilante o acilante de cadena corta (C2-C4). Se cree que los grupos amino primarios de las unidades repetitivas de vinilamina en los polímeros que contienen vinilamina son las funcionalidades activas para la resistencia en húmedo del papel. La alquilación o acilación del polímero que contiene vinilamina puede dar como resultado una disminución en el contenido de amina primaria, lo que afectaría su rendimiento de resistencia en seco en productos de papel, tales como el papel tisú de baño, y también reduciría las propiedades de tracción en húmedo, lo que no es conveniente.
En otros aspectos, la presente descripción se refiere a un proceso para preparar polímeros que contienen vinilamina hidrófoba, que comprende las etapas de (1) hacer reaccionar un polímero que contiene vinilamina en agua, en donde el polímero que contiene vinilamina tiene sólidos activos de aproximadamente 1 % a aproximadamente 50 %, puede ser de 5 % a aproximadamente 25 %, y puede ser de aproximadamente 10 % a aproximadamente 20 %, a un pH de aproximadamente 6 a aproximadamente 12, el pH puede ser de aproximadamente 7 a aproximadamente 11, y el pH puede ser de aproximadamente 8 a aproximadamente 10, a una temperatura de reacción de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 80 °C, puede ser de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 70 °C, y puede ser de aproximadamente 35 °C a aproximadamente 60 °C, durante un período de tiempo de aproximadamente 6 minutos a aproximadamente 8 horas, puede ser de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 5 horas, y puede ser de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 3 horas, con un compuesto hidrófobo tal como, un agente reactivo hidrófobo alquilante o acilante de cadena de carbono C4 o más larga. El polímero que contiene vinilamina puede reaccionar opcionalmente antes o después de la reacción hidrófoba con un compuesto tal como un agente alquilante o acilante de cadena corta (C2 - C4); (2) diluir el material en sólidos activos a aproximadamente 0,1 % a aproximadamente 20 % de sólidos activos, puede ser de aproximadamente 1 % a aproximadamente 15 % de sólidos activos y puede ser de aproximadamente 3 % a aproximadamente 8 % de sólidos activos; (3) ajustar el pH de aproximadamente 1 a aproximadamente 4, el pH puede ser de aproximadamente 2 a aproximadamente 3,8, y el pH puede ser de aproximadamente 3 a aproximadamente 3,6; y (4) llevar a cabo la polimerización iniciada por radicales libres a una temperatura de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 100 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 80 °C, y con la máxima preferencia de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 75 °C, durante de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 300 minutos, y puede ser de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 150 minutos, y puede ser de aproximadamente 40 minutos a aproximadamente 80 minutos.
Los polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba de la presente invención mejoran la suavidad del papel y reducen el coeficiente de fricción del papel tisú y toalla y el papel mientras mantienen o proporcionan una mejor resistencia a la tracción en seco del papel en comparación con una pieza sin tratar y/o papel tisú o toalla tratados con un suavizante de papel estándar a base de polietilenglicol o imidazolina.
Se encontró que los presentes polímeros que contienen vinilamina hidrófoba o polímeros vinílicos mejoran la suavidad del papel y reducen el coeficiente de fricción al mismo tiempo que proporcionan una mejor resistencia a la tracción en seco del papel en comparación con un blanco sin tratar, cuando se añaden en el extremo húmedo del proceso de fabricación de papel y cuando la superficie del tejido ya formado se trató antes del crepado. Alternativamente, los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales o los polímeros de vinilo pueden añadirse a la superficie del papel tisú ya crepado. Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales o los polímeros de vinilo pueden añadirse a niveles de tratamiento de aproximadamente 0,01 % en peso activo a aproximadamente 0,5 % en peso activo basado en el peso de la pulpa seca y pueden añadirse a niveles de tratamiento de aproximadamente 0,05 % en peso activo a aproximadamente 0,3 % en peso basado en el peso de la pulpa seca. Los productos de papel fabricados con la composición actual tienen una capacidad de dispersión del agua y un tamaño de gota de agua similares en comparación con los suavizantes de papel de imidazolina estándar y tenían una resistencia en húmedo permanente más baja que los productos de papel fabricados con poliacrilamida glioxalada.
Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales pueden usarse en combinación con otras composiciones o aditivos en el proceso de fabricación de papel para mejorar las propiedades físicas y de aplicación de los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba o polímeros vinílicos. Las composiciones o aditivos adicionales pueden ser cualquiera que se use en la industria de fabricación de papel, que incluyen agentes de encolado, auxiliares de retención y drenaje, surfactantes, desligadores, suavizantes, humectantes, lociones, resinas resistentes a la humedad, auxiliares de drenaje, agentes de control de contaminantes y brea y antiespumantes. Los aditivos pueden añadirse en cualquier parte del proceso de fabricación de papel, tal como el extremo húmedo de la máquina de papel o al producto de papel ya formado. Las composiciones o aditivos pueden ser polímeros hidrófobos, catiónicos,
aniónicos, anfóteros, no iónicos sintéticos o naturales. Por ejemplo, los polímeros hidrófobos actuales que contienen vinilamina pueden emulsionarse con éteres alquílicos de cadena larga de polietilenglicol para formar emulsiones estables que tienen un tamaño de partícula más pequeño, lo que mejora las propiedades de suavidad y dispersión de los productos de papel. Los aditivos adicionales pueden mezclarse junto con los polímeros hidrófobos actuales para formar una composición mezclada antes del uso, o pueden aplicarse secuencialmente antes o después de la aplicación de los polímeros hidrófobos actuales.
Descripción detallada
Una modalidad, se proporciona polímeros que contienen vinilamina hidrófoba que comprenden unidades monómeras repetitivas distribuidas al azar que tienen la fórmula (I):
en donde R es un hidrógeno o un grupo acilo, y puede ser un grupo acetilo, propionilo o butirilo, o un compuesto de alquilcarbonilo a, p-insaturado que ha reaccionado mediante la adición de Michael mediante la vinilamina en el polímero; Y es cualquier funcionalidad y puede ser un hidroxilo, un ácido carboxílico o amidas de ácido; S es la unidad repetitiva del cloruro de dialildimetilamonio polimerizado; X se selecciona del grupo que consiste en la fórmula (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII) y (IX):
en donde Ri y R2, idéntica o diferentemente, son una cadena lineal, una cadena alifática ramificada, un grupo olefínico o un grupo aromático que tiene hasta 22 átomos de carbono y hasta 4 dobles enlaces. Las líneas discontinuas representan los enlaces que conectan las unidades repetitivas de la Fórmula (I) con el grupo que consiste de la Fórmula (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII) y ( IX), en donde n puede ser de 0 % en moles a aproximadamente 99 % en moles, m puede ser de aproximadamente 0,1 % en moles a aproximadamente 90 % en moles, p puede ser de 0 % en moles a aproximadamente 98 % en moles, y q puede ser de 0 % en moles a aproximadamente 50 % en moles.
En una modalidad de la invención, la composición como se describió anteriormente es un polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba de un monómero vinílico y un polímero base que tiene la Fórmula (I), en donde el monómero vinílico puede ser acrilamida, ácido acrílico, metacrilamida, metacrilato de metilo, acrilonitrilo, acrilato de metilo, metacrilato de alquilo, N-(ácido 2-metilpropanosulfónico)acrilamida, N-[cloruro de 3-(propil)trimetilamonio]acrilamida y sus combinaciones; y la relación en moles del polímero base de la Fórmula (I) al monómero de vinilo es de aproximadamente 5:95 a aproximadamente 50:50.
En otras modalidades, el polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba actual comprende el polímero base Fórmula (I), en donde n es de 0 % en moles a 60 % en moles, m es de aproximadamente 1 % en moles a aproximadamente 90 % en moles y q es 0 % en moles %; en donde el monómero de vinilo es acrilamida; y en donde la relación molar del polímero base a la acrilamida es de aproximadamente 5:90 a aproximadamente 50:50, y puede ser de aproximadamente 10:90 a aproximadamente 30:70.
En otras modalidades de la composición actual, los compuestos de alquilcarbonilo a, p-insaturados del polímero hidrófobo incluyen, por ejemplo, acrilamida, metacrilamida, t-butilacrilamida, N-alquilacrilamida, N-alquilmetacrilamida, N-[3- cloruro de (propil)trimetilamonio]acrilamida, N-[3-(cloruro de propil)trimetilamonio]metacrilamida, acrilato de metilo, acrilato de alquilo, metacrilato de metilo, metacrilato de alquilo, acrilato de arilo, metacrilatos de arilo, cloruro de [2-(metacriloiloxi)etilo]-trimetilamonio, N-[3-(dimetilamino)propil]acrilamida, N-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, N-etilacrilamida, acrilato de 2-hidroxietilo, acrilonitrilo, vinilpiridina, 1 -vinil-2-pirrolidinona, cloruro de acrilamidopropiltrimetilamonio y sus combinaciones.
En una modalidad, se proporciona un proceso para preparar los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales
que tienen la Fórmula (I), en donde un polímero que contiene vinilamina en agua se hace reaccionar con un compuesto seleccionado del grupo que consiste en un agente reactivo hidrófobo acilante o alquilante de cadena de carbono C4 o más larga que tiene un contenido de sólidos activos de aproximadamente 1 % a 50 %, puede ser de aproximadamente 5 % a aproximadamente 25 %, y puede ser de aproximadamente 10 % a aproximadamente 20 %, a pH de aproximadamente 6 a aproximadamente 12, el pH puede ser de aproximadamente 7 a aproximadamente 11, y el pH puede ser de aproximadamente 8 a aproximadamente 10, a una temperatura de reacción de aproximadamente 5 °C a aproximadamente 80 °C, puede ser de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 70 °C, y puede ser de aproximadamente 35 °C a aproximadamente 60 °C, durante un período de tiempo de aproximadamente 6 minutos a aproximadamente 8 horas, puede ser de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 5 horas, y puede ser de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 3 horas.
En una modalidad del proceso anterior, en donde dicho agente acilante se selecciona del grupo que consiste en dímeros de alquilceteno que tienen de 8 a 44 átomos de carbono, o dímeros de alquenilceteno que tienen de 8 a 44 átomos de carbono, o anhídridos de alquenilsuccinilo que tienen de 8 a 44 átomos de carbono, o sus combinaciones.
Los agentes alquilantes hidrófobos de cadena de carbono C4 o más larga que pueden usarse en el proceso anterior incluyen, pero no se limitan a, ésteres de alquil glicidilo que tienen de 4 a 44 átomos de carbono, óxidos de alquileno que tienen de 4 a 44 átomos de carbono, haluros de alquilo que tienen de 4 a 44 átomos de carbono, cloruros de 3-cloro-2-hidroxipropil-alquil- dimetilamonio que tienen de 4 a 44 átomos de carbono y cloruros de (dialquilamino)alquilo que tienen de 4 a 44 átomos de carbono. Los éteres de alquil glicidilo que pueden usarse en el proceso anterior incluyen, pero no se limitan a, éter de butil glicidilo, éter de octil glicidilo, éter de 2-etilhexil glicidilo, éter de decil glicidilo, éter de dodecil glicidilo, éter de tetradecil glicidilo, éter de hexadecil glicidilo y éter de octadecil glicidilo. Los óxidos de alquileno que pueden usarse en el proceso anterior incluyen, pero no se limitan a, óxido de propileno, óxido de dibutiletileno, óxido de butileno, óxido de octileno, monóxido de butadieno, epóxido de ciclohexano y óxido de hexiletileno. Los haluros de alquilo que pueden usarse en el proceso anterior incluyen, pero no se limitan a, cloruro de etilo, cloruro de propilo, cloruro de butilo, cloruro de octilo, cloruro de dodecilo, cloruro de hexadecilo, cloruro de bencilo, cloruro de feniletilo. Los cloruros de 3-cloro-2-hidroxipropil-alquil-dimetilamonio que pueden usarse en el proceso anterior incluyen, pero no se limitan a, cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropil-lauril-dimetilamonio, cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropil -cloruro de cocoalquil-dimetilamonio y cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropil-estearil-dimetilamonio. Los cloruros de (dialquilamino)alquilo que pueden usarse en el proceso anterior incluyen, pero no se limitan a, cloruro de (4-clorobutil) trimetilamonio, cloruro de (6-clorohexil)-trimetilamonio y cloruro de (8-clorooctil)trimetilamonio.
Otra modalidad de la presente descripción es el proceso anterior, en donde dicho agente alquilante se selecciona del grupo que consiste en éteres de alquil glicidilo que tienen de 8 a 44 átomos de carbono, óxidos de alquileno que tienen de 8 a 44 átomos de carbono, haluros de alquilo que tienen de 8 a 44 átomos de carbono, cloruros de 3-cloro-2-hidroxipropil-alquil-dimetilamonio que tienen de 8 a 44 átomos de carbono y cloruros de (dialquilamino)alquilo que tienen de 8 a 44 átomos de carbono.
El porcentaje en moles de los agentes alquilantes o acilantes cadena de carbono C4 o más larga en los polímeros hidrófobos de la presente invención afectan el rendimiento de la aplicación como suavizante de papel y necesitan ser controlados dentro de un intervalo adecuado para proporcionar las propiedades deseadas a los productos de papel. El porcentaje en moles de los agentes alquilantes o acilantes hidrófobos de cadena de carbono C4 o más larga en los polímeros hidrófobos es de aproximadamente 0,05 % a aproximadamente 50 %, preferentemente de aproximadamente 0,2 % a aproximadamente 25%, y con la máxima preferencia de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 10 %.
En otras modalidades de la presente descripción, los polímeros que contienen vinilamina usados en el proceso actual incluyen, pero no se limitan a, poli(N-vinilformamida) parcial o completamente hidrolizada, copolímeros de N-vinilformamida y vinilamina, copolímeros de vinilamina y amidina, copolímeros de N-vinilacetamida y vinilamina, terpolímeros de N-vinilformamida, vinilamina y amidina, terpolímeros de N-vinilformamida, vinilamina y sales de amonio cuaternario de cloruro de metilo de vinilamina, terpolímeros de N-vinilformamida, copolímero de vinilamina y alcohol vinílico, terpolímeros de N-vinilformamida, vinilamina y acetato de vinilo, terpolímeros de N-vinilformamida, vinilamina y acrilamida, terpolímeros de N-vinilformamida, vinilamina y acrilato, terpolímeros de N-vinilformamida, vinilamina y cloruro de dialildimetilamonio, terpolímeros de N- vinilformamida, vinilamina y viniltrimetoxisilano, copolímeros de N-vinilamina y alcohol vinílico, copolímeros de N-vinilamina y cloruro de dialildimetilamonio, copolímeros de N-vinilamina y ácido acrílico, homo y copolímeros de vinilamina fabricados por la modificación de Hofmann de polímeros de acrilamida o polímeros que contienen vinilamina, y sus combinaciones.
Además de la amina primaria de vinilamina, los copolímeros de polivinilformamida y vinilamina parcialmente hidrolizados comprenden típicamente grupos funcionales amidina distribuidos al azar. El nivel de funcionalidad de la amidina está en dependencia de las condiciones de hidrólisis, tales como el tiempo, la temperatura, la cantidad de sosa cáustica y otros factores. Los expertos en la técnica comprenderán que la alquilación y acilación de la funcionalidad amina primaria para dar las unidades monómeras repetitivas distribuidas aleatoriamente de la fórmula (I) también puede ocurrir en los átomos de nitrógeno de los grupos funcionales amidina.
^ún en las otras modalidades de la presente descripción, los polímeros que contienen vinilamina usados en el proceso
actual son poli(N-vinilformamida) parcial o completamente hidrolizada y copolímero de vinilamina y alcohol vinílico.
El polímero que contiene vinilamina del proceso actual puede reaccionar opcionalmente antes o después de la reacción hidrófoba con un compuesto seleccionado del grupo que consiste en un agente alquilante o acilante de cadena corta (C2 - C4), o sus mezclas. Se cree que los grupos amino primarios de las unidades repetitivas de vinilamina en los polímeros que contienen vinilamina son las funcionalidades activas para la resistencia en húmedo del papel. La alquilación o acilación del polímero que contiene vinilamina puede dar como resultado una disminución en el contenido de amina primaria, lo que afectaría su rendimiento de resistencia en los productos de papel, tal como el papel tisú de baño, y son convenientes propiedades de tracción en húmedo más bajas.
En algunas modalidades, puede usarse un surfactante en la fabricación de los polímeros catiónicos hidrófobos que contienen vinilamina. Los surfactantes pueden ayudar a dispersar el hidrófobo reactivo en la mezcla de reacción y permitir que las reacciones de alquilación o acilación se desarrollen uniformemente en la cadena principal de los polímeros que contienen vinilamina. Los surfactantes también pueden ayudar a estabilizar los productos hidrófobos como emulsiones, reducir el tamaño de las partículas y mejorar el rendimiento de los productos hidrófobos. Los surfactantes incluyen, pero no se limitan a, polietilenglicol de bajo peso molecular (menos de 5000 Dalton), éteres alquílicos de cadena larga tales como monooleato de polietilenglicol (400 MW), alcanolamidas, alcoholes alcoxilados, óxidos de amina, aminas etoxiladas, amidas alcoxiladas, copolímeros de bloque EO-PO, polietilenglicol bloqueado en los extremos con éter de alquil glicidilo, alcoholes grasos alcoxilados, ésteres de ácidos grasos alcoxilados, alquilarilalcoxilatos, derivados de sorbitán, ésteres de ácidos grasos de poliglicerilo, alquil(poli)glucósidos, surfactantes a base de fluorocarbono o sus combinaciones. Esos surfactantes tienen típicamente un intervalo HLB entre 3 y 18 con un intervalo preferido entre 4 y 14. Los suavizantes y desligadores tales como los suavizantes de bisamida, los desligantes de imidazolina y los ésteres cuaternarios, y muchos otros suavizantes de papel tisú, como se describió en la patente de Estados Unidos 6,458,343, también pueden usarse para ayudar a dispersar los polímeros catiónicos hidrófobos que contienen vinilamina. El por ciento en peso del surfactante basado en el polímero que contiene vinilamina puede estar en el intervalo de aproximadamente 10 % a aproximadamente 1000 %, preferentemente de aproximadamente 50 % a aproximadamente 500 %, y con la máxima preferencia de aproximadamente 100 % a aproximadamente 300 %.
En una modalidad, el peso molecular (Mw) de los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba puede variar de aproximadamente 2000 Daltons a aproximadamente 1 000 000 Daltons, puede variar de aproximadamente 4000 Daltons a aproximadamente 800000 Daltons y puede variar de aproximadamente 10000 Daltons a aproximadamente 500000 Daltons.
Aún en otra modalidad, se proporciona un proceso para preparar un polímero de vinilo que contiene vinilamina hidrófoba. El proceso incluye (1) disolver polímeros que contienen vinilamina hidrófoba (Fórmula I) y un monómero de vinilo en un medio, tal como agua, una solución ionizada, un solvente o sus combinaciones, con un contenido de sólidos activos de aproximadamente 0,1 % a aproximadamente 20 %, puede ser de aproximadamente 1 % a aproximadamente 15 % de sólidos activos, puede ser de aproximadamente 3 % a aproximadamente 8 % de sólidos activos, (2) ajustar el pH de aproximadamente 1 a aproximadamente 4, puede ser un pH de aproximadamente 2 a aproximadamente 3,8, y puede tener un pH de aproximadamente 3 a aproximadamente 3,6, y (3) llevar a cabo la polimerización iniciada por radicales libres a una temperatura de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 100 °C, puede ser de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 80 °C, y puede ser de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 75 °C. La reacción continúa durante aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 5 horas, puede continuar de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 2,5 horas y puede continuar de aproximadamente 40 minutos a aproximadamente 80 minutos.
En otra modalidad del proceso de preparación anterior, puede añadirse un iniciador opcional a la reacción de polimerización. El iniciador puede seleccionarse del grupo que consiste en peróxido de hidrógeno, terc- butilhidroperóxido (TBHP), persulfatos de sodio, potasio o amonio, azo iniciadores y sistemas iniciadores redox. El iniciador puede ser peróxido de hidrógeno añadido al medio acuoso. En este caso, la polimerización puede llevarse a cabo a un pH de aproximadamente 3,0 a aproximadamente 3,8; ya una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 80 °C durante aproximadamente 40 minutos a aproximadamente 80 minutos.
El monómero vinílico usado en la reacción de polimerización puede ser acrilamida, ácido acrílico, metacrilamida, metacrilato de metilo, acrilonitrilo, acrilato de metilo, metacrilato de alquilo, N-(ácido 2-metilpropanosulfónico) acrilamida, N-(ácido glicólico) acrilamida, N-[3-cloruro de (propil)trimetilamonio]acrilamida, y sus combinaciones; y puede ser acrilamida, metacrilamida, metacrilato de metilo y sus combinaciones. Además, el peso molecular (Mw) del copolímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba puede estar en el intervalo de aproximadamente 4000 Daltons a aproximadamente 2000000 Daltons, preferentemente de aproximadamente 6000 Daltons a aproximadamente 1000 000 Daltons, y con la máxima preferencia de aproximadamente 100000 Daltons a aproximadamente 700000 Daltons.
Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba pueden ser solubles en agua, o emulsiones/dispersiones en agua, en dependencia de cuánto el hidrófobo esté unido al polímero. Cuando se une demasiado hidrófobo a los polímeros que contienen vinilamina, los polímeros hidrófobos pueden volverse insolubles en agua o no dispersables en agua. Las propiedades físicas de los polímeros hidrófobos dependen del porcentaje en peso del hidrófobo adherido a los
polímeros. Por ejemplo, el nivel hidrófobo de los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,2 % a aproximadamente 80 %, puede ser de aproximadamente 1 % a aproximadamente 50 % y puede ser de aproximadamente 2 % a aproximadamente 30 %.
Sin pretender imponer ninguna teoría, los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba o los polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba de las presentes composiciones pueden experimentar autoentrecruzamiento químico en diversas condiciones, que da como resultado un cambio en las propiedades físicas y químicas para formar un gel o un polímero de alta viscosidad y alto peso molecular. Los ejemplos típicos son la transamidación de vinilamina con la poliacrilamida del polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba y la formación de polielectrolito de las aminas con restos aniónicos derivados de amidas.
Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales o los polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba pueden usarse en la fabricación de papel como potenciadores del volumen para mejorar la voluminosidad del papel mientras se mantiene la resistencia de la lámina. Los polímeros hidrófobos actuales también pueden usarse como eliminadores de pegajosidad para el control de pegajosidad mediante un mecanismo de dispersión y pueden usarse como coagulantes para aumentar la retención de finos y rellenos mediante un mecanismo fijador en el proceso de fabricación de papel. Los polímeros hidrófobos actuales también pueden usarse como floculantes en el tratamiento de agua de desecho, como un plastificante, un modificador de la viscosidad, un aditivo para el cuidado personal, material de recubrimiento para diversos usos, como industrias electrónicas, de cuidado personal o farmacéuticas, o como un portador de liberación lenta para diversas aplicaciones industriales.
Se encontró que los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales mejoran la suavidad del papel y reducen el coeficiente de fricción del papel tisú y toalla y el papel mientras mantienen o proporcionan mejor resistencia a la tracción en seco del papel en comparación con un blanco sin tratar y/o papel tisú o toalla tratados con un suavizante de papel estándar a base de polietilenglicol o imidazolina.
Se encontró que los polímeros hidrófobos actuales que contienen vinilamina o polímeros vinílicos eran efectivos si los polímeros hidrófobos se añadían al extremo húmedo del proceso de fabricación de papel o a la superficie del papel tisú ya formado, antes del crepado. Alternativamente, los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales o los polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba pueden añadirse a la superficie del papel tisú ya crepado. Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales o los polímeros vinílicos pueden añadirse al proceso de fabricación de papel a niveles de tratamiento de aproximadamente 0,01 % en peso activo a aproximadamente 0,5 % en peso activo basado en el peso de la pulpa seca y puede añadirse a niveles de tratamiento de aproximadamente 0,05 % en peso a aproximadamente 0,3 % en peso basado en el peso de la pulpa seca. Los productos de papel fabricados con la composición tienen capacidad de dispersión del agua y tamaño de gota de agua similares en comparación con los suavizantes de papel de imidazolina estándar y resistencia en húmedo permanente más baja que los fabricados con poliacrilamida glioxalada.
Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales o los polímeros vinílicos que contienen vinilamina hidrófoba también pueden usarse en la fabricación de papel como potenciadores de la voluminosidad para mejorar el volumen del papel mientras se mantiene la resistencia de la lámina. Los enfoques convencionales para mejorar la voluminosidad del papel, particularmente para el grado de impresión y escritura, incluye la reducción del refinado para mejorar la rigidez, la reducción de la prensa húmeda para reducir la unión de las fibras, el equilibrio del calandrado y las propiedades de la superficie de la lámina, la reducción del calandrado o la ausencia de calandrado o el uso de recubrimientos de alto volumen para reducir peso del recubrimiento. Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales, añadidos en el extremo húmedo en la fabricación de papel, demuestran los beneficios potenciales de mejorar la voluminosidad del papel y mantener las propiedades de resistencia a la tracción y ZDT con presión de carga de calandrado.
Aún en otra modalidad, los polímeros y copolímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales pueden usarse en combinación con otros aditivos para mejorar las propiedades físicas y de aplicación de los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba o polímeros vinílicos. Los aditivos adicionales pueden ser polímeros hidrófobos, catiónicos, aniónicos, anfóteros, sintéticos no iónicos o naturales.
Por ejemplo, los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba actuales pueden emulsionarse con un surfactante tal como un polietilenglicol de bajo peso molecular (menos de aproximadamente 5000 Daltons) éteres de alquilo de cadena larga como PEGMO para formar emulsiones estables con un tamaño de partícula más bajo, lo que mejora la suavidad. y las propiedades de dispersión de los productos de papel. Las polivinilaminas hidrófobamente modificadas también pueden mezclarse con suavizantes o desligantes comerciales, que incluyen suavizantes de bisamida, desligantes de imidazolina o ésteres cuaternarios, que incluyen los suavizantes y desligantes comercialmente disponibles de Solenis Inc. (Wilmington, Delaware), Evonik Inc. (Essen, Alemania), Nalco Inc. (Naperville, Illinois), o como se describió en la patente de Estados Unidos 6,458,343. Los aditivos adicionales pueden mezclarse junto con los polímeros hidrófobos de vinilamina de la presente invención para formar una composición mezclada antes del uso, o pueden aplicarse secuencialmente antes o después de la aplicación de los polímeros hidrófobos de vinilamina actuales. Particularmente preferidos son los surfactantes que producen una formulación estable sin afectar adversamente el rendimiento de los polímeros que contienen vinilamina hidrófobamente modificados de la presente
invención.
En algunas modalidades, los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba descritos anteriormente pueden añadirse al sistema de fabricación de papel en cualquier etapa, pero preferentemente en el extremo húmedo. Las composiciones hidrófobas de vinilamina actuales también pueden aplicarse al papel mediante tratamiento de superficie en el proceso de fabricación de papel. Las composiciones hidrófobas de vinilamina actuales también pueden añadirse al sistema de fabricación de papel como una dispersión en una solución salina acuosa, una solución o dispersión junto con un surfactante u otra solución, aunque el agua es el solvente principal. Los ejemplos de solventes portadores incluyen, pero no se limitan a, solventes solubles en agua tales como etilenglicol y propilenglicol.
La cantidad efectiva de los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba añadidos al sistema de fabricación de papel dependen de una serie de variables, que incluyen pero no se limitan a, los aditivos químicos en la etapa de crepado en la fabricación de papel y otros aditivos usados en la química del agua blanca y las condiciones del proceso. Generalmente, la cantidad de polímeros que contienen vinilamina hidrófoba usados en un proceso de fabricación de papel puede variar de aproximadamente 0,01 % de sólidos activos a aproximadamente 5 % de sólidos activos en base al peso de pulpa seca y puede variar de aproximadamente 0,05 % de sólidos activos a aproximadamente 1 % de sólidos activos y puede ser de aproximadamente 0,1 % de sólidos activos a aproximadamente 0,3 % de sólidos activos basado en el peso de la pulpa seca.
Las ventajas asociadas con el método actual de fabricación de papel en comparación con los procesos de fabricación de papel anteriores incluyen la capacidad para proporcionar suavidad al papel sin efecto o efecto limitado sobre la resistencia a la tracción y el estiramiento del papel y la capacidad de controlar los contaminantes frente a un mecanismo de dispersión. Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba del proceso actual también pueden diseñarse para tener una mejor estabilidad de dispersión de agua sin sacrificar el rendimiento en las aplicaciones de fabricación de papel de la presente invención.
El análisis cromatográfico de exclusión por tamaño (SEC) se realizó mediante el uso de una columna de proteína Shodex KW-804 con la temperatura de la columna establecida en 40 °C. La fase móvil contenía 70 % de metanol y 30 % de agua con sal de litio ajustada a un pH de 4,8. Se disolvió una muestra del producto de polivinilamina hidrófobamente modificada de la presente invención a una concentración de 1,5 mg/ml en la fase móvil y se inyectó en la máquina. El régimen de flujo se fijó en 1,0 ml por minuto. Se usaron como patrones muestras de poli(etilenglicol) (PEGMO) de diferentes pesos moleculares.
El término "sólidos activos" usado para el polímero de la presente composición en la presente descripción representa el peso total del polímero como porcentaje de una solución de todos los monómeros y compuestos modificadores usados para fabricar el polímero sobre la base del peso en seco. El término "por ciento en moles" de un monómero en un polímero se refiere al porcentaje de monómero específico presente en el polímero como unidad repetitiva. El término "por ciento en peso" o "relación en peso" de un material usado en la presente invención representa el porcentaje o la relación de los "sólidos activos" de este material frente a otros componentes.
Como se usa en la presente, el término "papel" se refiere a productos de papel que incluyen papel tisú, toallas de papel y cartón.
La viscosidad de Brookfield (BV) se midió en un viscosímetro DV-II (Brookfield Viscosity Lab, Middleboro, MA) mediante el uso de un husillo número 2 a una velocidad de 30 RPM. La solución de reacción se preparó con el contenido específico de polímero activo que se muestra en las Tablas I, II y III. El husillo de viscosidad Brookfield se insertó cuidadosamente en la solución para no atrapar ninguna burbuja de aire y luego se hizo girar a la velocidad mencionada anteriormente durante 3 minutos a 24 °C. Las unidades se dan en centipoises (cps).
Las modalidades de la invención se definen en los siguientes Ejemplos. Debe entenderse que estos Ejemplos se proporcionan únicamente a modo de ilustración. Por lo tanto, a partir de la descripción anterior diversas modificaciones de la presente invención además de las mostradas y descritas en la presente descripción resultarán evidentes para los expertos en la técnica. Aunque la invención se ha descrito con referencia a medios, materiales y modalidades particulares, debe entenderse que la invención no se limita a los detalles descritos y se extiende a todos los equivalentes dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.
Ejemplos
Los siguientes ejemplos demuestran que los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba y los copolímeros vinílicos de la composición actual proporcionaron una mayor suavidad y tersura del papel sin ningún efecto o con un efecto limitado sobre la resistencia en seco, la resistencia en húmedo y las propiedades de dispersión del papel cuando las composiciones se usan como aditivos para el extremo húmedo durante la proceso de fabricación de papel. Estos ejemplos y los datos que se presentan más abajo ilustran mejor los beneficios de la composición actual y no pretenden ser limitantes.
Referencia
Ejemplo 1. Polímeros que contienen vinilamina hidrófoba preparados a partir de homopolímero de polivinilamina y dímero de alquenil ceteno (Precis® 900 polivinilamina hidrófobamente modificada).
Una solución agitada de polivinilamina (250 g) se calentó de 50 °C a 70 °C en un matraz de 500 ml y se ajustó a un pH de 9 a 11 mediante tratamiento con hidróxido de sodio acuoso al 50 %. Un dímero de alquenil ceteno (Precis® 900, Solenis y Wilmington, de, Estados Unidos) se añadió gota a gota durante un período de 30 minutos a 90 minutos con agitación. Las mezclas resultantes se agitaron de 50 °C a 70 °C durante 2 a 4 horas, se diluyeron con agua (20 g), se enfriaron a temperatura ambiente y se ajustaron a pH 8 con ácido clorhídrico concentrado para dar una solución blanca y homogénea.
Los Ejemplos del 1-1 al 1-12 se prepararon como se describió en el Ejemplo 1 anterior mediante el uso de diferentes relaciones en peso de Precis® 900 a polivinilamina.
Alternativamente, en los Ejemplos 1-13 a 1-21, se usó anhídrido acético para reaccionar con polivinilamina para cambiar la densidad de carga catiónica del polímero y la reacción se llevó a cabo antes o después de la reacción con Precis® 900. En estos ejemplos, se añadió anhídrido acético gota a gota a la solución de polivinilamina durante un período de tiempo de 10 minutos a 20 minutos con agitación. El pH se mantuvo a un pH de 8 a 9 mediante el uso de hidróxido de sodio acuoso al 50 %. Después de la adición de la solución de hidróxido de sodio, las mezclas de reacción se agitaron de 50 °C a 70 °C durante 1 hora, y luego el pH se ajustó a 9 a 11 por tratamiento con hidróxido de sodio acuoso al 50 %. A continuación, las mezclas se calentaron de 50 °C a 70 °C y se hicieron reaccionar con dímero de alquenilceteno. Los Ejemplos del 1-13 al 1-21 se prepararon como se describió anteriormente mediante el uso de diferentes relaciones en peso de Precis® 900 a polivinilamina y diferentes niveles de anhídrido acético.
Se añadió un surfactante no iónico PEGMO (por ejemplo, monooleato de polietilenglicol (400 MW), disponible de Manufacturers Chemicals, Cleveland, TN) como agente dispersante y/o estabilizador en el mismo procedimiento que se muestra en el Ejemplo 1 para hacer los productos hidrófobos de la presente invención. Típicamente, el PEGMO se mezclaba con Precis® 900 y la mezcla resultante se añadió gota a gota a una solución de polivinilamina a una temperatura de 50 °C a 70 °C durante un período de tiempo de 10 a 20 minutos a un pH de 9 a 11, que se mantuvo la adición de una cantidad adecuada de hidróxido de sodio acuoso al 50 %. Después de la adición del hidróxido de sodio, las mezclas se agitaron a 70 °C durante 2 - 4 horas. Las mezclas se diluyeron con agua, según fue necesario, se enfriaron a temperatura ambiente y se ajustaron a pH 6-8 con ácido clorhídrico concentrado para dar como resultado una solución blanca y homogénea. Los Ejemplos 1-3-1, 1-6-1, 1-5-1, 1-3-2 y el Ejemplo 1-6-2 se prepararon como se describió anteriormente mediante el uso de diferentes relaciones en peso de Precis® 900 a polivinilamina en presencia de diferentes niveles de PEGMO.
Tabla I. Polivinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900
continuación
Los Ejemplos del 1-23 al 1-31 se prepararon como se describió en el Ejemplo 1 mediante el uso de diferentes relaciones en peso del éter de alquil glicidilo a polivinilamina o polivinilamina acetilada.
Tabla II. Polivinilamina hidrófobamente modificada con éter de al uil licidilo
Referencia
Ejemplo 2. Poli(vinilamina-co-alcohol vinílico) hidrófobo preparado mediante la reacción de (vinilamina-co-alcohol vinílico) con anhídrido alquenilsuccínico o dímero de alquenil ceteno
Se añadió una solución de poli(vinilamina-co-alcohol vinílico) (25 gramos activo 20/80 vinilamina/alcohol vinílico, Selvol® CW 5150 de SEKISUI) a 390 gramos de agua a 65 °C en un matraz de 500 ml y se agitó durante 2 horas. El pH de la mezcla resultante se ajustó a 10 con hidróxido de sodio acuoso al 50 %. A esta solución se añadió anhídrido alquenilsuccínico (Prequel® 2000C, Solenis, LLC, Wilmington, DE, Estados Unidos) gota a gota durante un período de tiempo de 20 minutos con agitación constante mientras se mantiene un pH de 9,8 mediante la adición de una solución acuosa al 50 % de hidróxido de sodio a la mezcla. La mezcla resultante se agitó a 65 °C durante 2,5 horas, se diluyó con agua (200 g), se enfrió a temperatura ambiente y se ajustó a pH 8,5 con ácido clorhídrico concentrado para dar una solución semitransparente o transparente con un contenido total de sólidos de aproximadamente 6 % a aproximadamente 10 %.
Los Ejemplos 2-1 a 2-5 de la Tabla III se prepararon como se describió en el Ejemplo 2 anterior, mediante el uso de Prequel® 2000C como hidrófobo a diferentes relaciones en peso de Prequel® 2000C a poli(vinilamina-co-alcohol vinílico). Los Ejemplos 2-6 a 2-11 de la Tabla III se prepararon como se describió anteriormente mediante el uso de Precis® 900 como hidrófobo a diferentes relaciones de Prequel® 2000C a poli(vinilamina-co-alcohol vinílico). Las composiciones resultantes son transparentes o semitransparentes en solución y son estables en almacenamiento.
Tabla III. Poli v n lam na-co-alcohol vinílico modificado hidrófobamente
Referencia
Ejemplo 3. Producto hidrófobo de Hoffmann preparado mediante la reacción de un producto que contiene vinilamina de Hoffmann con anhídrido alquenilsuccínico o dímero de alquenil ceteno.
Una solución agitada de producto Hoffmann (100 g, 8,5 % activo, Floret® HF92 AC de SNF, que contiene 48 % en moles de unidades de vinilamina) se diluyó con agua (100 g) y se ajustó a pH 10 por tratamiento con hidróxido de sodio acuoso al 50 %. A esta solución se añadió una cantidad específica de dímero de alquenil ceteno (Precis® 900, Solenis y Wilmington, DE, Estados Unidos) o anhídrido alquenilsuccínico (Prequel® 2000C, Solenis y Wilmington, DE, Estados Unidos) gota a gota durante un período de tiempo de 60 minutos con agitación de 50 °C a 70 °C. La mezcla resultante se agitó a una temperatura de 50 °C a 70 °C durante 6 horas mientras se mantenía el pH a 9-10 con hidróxido de sodio acuoso al 50 %. El producto resultante se enfrió a temperatura ambiente y se ajustó a pH 8 con ácido clorhídrico concentrado para dar el producto hidrófobamente modificado final.
Los Ejemplos 3-1 a 3-4 de la Tabla IV se prepararon como se describió en el Ejemplo 3 anterior, mediante el uso de diferentes hidrófobos reactivos en relaciones molares de hidrófobo al contenido de vinilamina en el polímero.
Tabla IV. Producto de Hoffmann hidrófobo ue contiene vinilamina
Ejemplo 4. Polímeros de poliacrilamida hidrófobos que contienen vinilamina.
Se preparó una solución de polivinilamina hidrófoba (15 g de sólidos activos por Ejemplo 4-4) mediante el uso de los procedimientos como se describió en el Ejemplo 1, Ejemplo 2 o Ejemplo 3. El pH de la polivinilamina hidrófoba se ajustó a 3,6 mediante la adición de una solución de ácido clorhídrico al 37 % con agitación y se purgó con gas nitrógeno durante 30 minutos. Se añadió solución heptahidratada de sulfato ferroso (0,35 g, 1 %) y la temperatura de la solución resultante aumentó a 60 °C. Se añadió gota a gota una solución de acrilamida (35 g de sólidos activos) durante 60 minutos con agitación mientras se añadían simultáneamente 16,5 g de solución de peróxido de hidrógeno (2,5 %) durante un período de tiempo de 90 minutos. La reacción se mantuvo entre 60 °C y 65 °C durante 1 hora después de que se completara la adición de peróxido de hidrógeno. Se añadió una solución de metabisulfito de sodio (2 ml, 5 %) al final de la reacción, y luego la mezcla resultante se enfrió a temperatura ambiente y el pH se ajustó a 7,0 mediante
el uso de hidróxido de sodio (50 % en peso) para dar un producto hidrófobo que tiene sólidos activos en el intervalo de 8 % a 24 %.
Los Ejemplos de 4-1 y 4-12 se prepararon mediante el uso de un procedimiento similar al usado en el Ejemplo 4, los polímeros hidrófobamente modificados Precis® 900 en el Ejemplo 1 eran como los polímeros base, y la acrilamida (AM) activa como porcentaje en los productos estaba en diferentes niveles.
T l V. P lím r li ril mi ni n n vinil min n ím r l il n
Los Ejemplos 4-13 y 4-24 se prepararon mediante el uso de el mismo procedimiento como se describió en el Ejemplo 4. Los polímeros que contienen vinilamina acetilada hidrófobamente modificados Precis® 900 en el Ejemplo 1, se usaron como polímeros base, y la acrilamida (AM) activa como porcentaje en las composiciones se enumeran en la Tabla VI.
Tabla VI. Polímeros de poliacrilamida que contienen vinilamina acetilada modificados hidrófobamente con dímero de al uilceteno
Los Ejemplos 4-24 y 4-36 (Tablas VI y VII) se prepararon mediante el uso del mismo procedimiento como se describió en el Ejemplo 4. Los polímeros que contienen vinilamina hidrófobamente modificados con éter de alquil glicidilo del Ejemplo 1 se usaron como polímero base con diferentes niveles de acrilamida (AM) activa como porcentaje para la polimerización como se indica en las Tablas VI y VII.
Tabla VII. Polímeros de poliacrilamida que contienen vinilamina modificados hidrófobamente con éter de alquil licidilo
Los Ejemplos 4-37 y 4-41 se prepararon mediante el uso de el mismo procedimiento como se describió en el Ejemplo 4. Se usaron los polímeros que contienen vinilamina Precis® 900 hidrófobamente modificados con PEGMO en el Ejemplo 1, como polímeros base, y la acrilamida (AM) activa como porcentaje en los productos estaba en diferentes niveles (ver Tabla IX).
Tabla IX. Polímeros de poliacrilamida que contienen vinilamina acetilada modificados hidrófobamente con dímero de al uilceteno
Ejemplo 5. Proceso alternativo para producir polímeros de poliacrilamida hidrófobos que contienen vinilamina.
El Ejemplo 5 representa un procedimiento de reacción en un solo recipiente para fabricar los polímeros vinílicos actuales. Se añadió una solución de polivinilamina como polímero base para la polimerización a un matraz de reacción, se agitó y se ajustó el pH a 3,6 mediante la adición al matraz gota a gota de una solución de ácido clorhídrico al 37 %. Se añadió una solución de acrilamida a la solución con agitación y se purgó con gas nitrógeno durante 30 minutos. Se añadió solución de sulfato ferroso (300 ppm a base de acrilamida) a la solución purgada y la temperatura se ajustó a 65 °C. Se añadió gota a gota una solución de peróxido de hidrógeno (0,5 % p/p a base de acrilamida) durante 120 minutos. La reacción se mantuvo a 70 °C durante 60 minutos después de que se completara la adición de peróxido de hidrógeno. La solución de reacción luego se enfrió a temperatura ambiente y el pH se ajustó a 5,0 mediante el uso de hidróxido de sodio (50 %) para dar el producto un sólido activo en el intervalo de 6 % a 18 %. Debido a la naturaleza exotérmica de la polimerización de acrilamida, este procedimiento de reacción en un solo recipiente funciona mejor para la síntesis de polímeros que contienen más del 50 % de polímero base hidrófobo que contiene vinilamina.
Referencia
Ejemplo 6. Evaluación de polímeros catiónicos hidrófobos que contienen vinilamina como suavizantes de papel en aplicaciones de fabricación de papel.
La suavidad medida por el instrumento Handle of Meter (H-o-M), el coeficiente de fricción, el tamaño de la gota de agua y las propiedades de resistencia a la tracción de las láminas de papel fabricadas con los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba de los ejemplos anteriores se compararon con las propiedades de la lámina de papel plana
fabricada con un suavizante de referencia imidazolina (Prosoft®TQ218A, de Solenis, Wilmington, DE, Estados Unidos) en dosis activas iguales.
El papel se hizo mediante el uso de una máquina de fabricación de papel ubicada en 500 Hercules Rd., Wilmington DE. La pulpa de papel era 70 % kraft blanqueada de madera dura de Quinessec y 30 % kraft blanqueada de madera blanda de Rayonier refinada por separado mediante el uso de un refinador de doble mesa Andritz hasta 500 ml de pureza CSF y luego mezclada para producir una pulpa con una dureza de 100 ppm y una alcalinidad de 50 ppm. El pH del sistema fue de 7,0 con la temperatura de almacenamiento a 50 °C. El peso base era de 25 libras por 3000 pies2 o 16 libras por 3000 pies2. Los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba usados en los Ejemplos 1-4 y Prosoft® TQ218A, se añadieron como suavizantes al extremo húmedo de la máquina de fabricación de papel a un nivel de 0,3 % en peso de polímero activo frente al peso en seco de pulpa de papel. Se determinaron las propiedades de tracción en seco (Método de prueba TAPPI T494, om-01) y de tracción en húmedo. El H-o-M, el coeficiente de fricción, el tamaño de la gota de agua y la resistencia a la tracción de las láminas de papel planas (sin crepar) hechas con las polivinilaminas hidrófobas actuales se compararon con el papel fabricado con Prosoft® TQ218A. Los resultados que se muestran en la Tabla X se expresan en porcentaje frente al del blanco.
Tabla X. Suavidad H-o-M, coeficiente de fricción y resistencia a la tracción de la lámina de papel fabricada con Precis® 900 hidrófobamente modificado con Hercobond® 6363
Los resultados indicaron que añadir 100 % en peso de Precis® 900 a Hercobond® 6363 o Hercobond acetilado® 6363 a través de la reacción de amidación dio una buena reducción en el valor COF en comparación con la referencia Prosoft® TQ218A, mientras que al mismo tiempo presenta una mayor resistencia a la tracción (ver los Ejemplos 6-1 a 6-8 en la Tabla IX). Las láminas de papel planas hechas con PVAm hidrófobamente modificado tenían un valor de Handle-of-Meter inferior o comparable con relación al del papel plano hecho con Prosoft® TQ218A (Ejemplo 6-7 a 6 8), que indica láminas de papel más blandas. Cuando la amina primaria de PVAm se bloqueó parcialmente mediante acetilación, los productos dieron una resistencia en húmedo reducida y un efecto de dimensionamiento del agua reducido de la lámina de papel.
Tabla XI. La suavidad H-o-M, el coeficiente de fricción y la resistencia a la tracción de la lámina de papel fabricada con los olímeros catiónicos hidrófobos de la resente invención
Los Ejemplos 6-9 a 6-10, Tabla XI, demuestran el valor de H-o-M reducido de la polivinilamina hidrófoba (láminas de papel más blandas), COF más bajo y mayor resistencia a la tracción en seco en comparación con Prosoft® TQ218A. Los productos dieron un tamaño de gota de agua más bajo que Prosoft® TQ218A, lo que indica una mejor dispersabilidad de las láminas de papel.
Tabla XII. La suavidad H-o-M, el coeficiente de fricción y la resistencia a la tracción de la lámina de papel fabricada n l lím r i ni hi r f l r n inv n i n
Los Ejemplos 6-12 a 6-19 de la Tabla XII demuestran además que los polímeros de acrilamida de los polímeros que contienen vinilamina hidrófobamente modificados (ver Ejemplo 4) redujeron el valor de H-o-M (láminas de papel más blandas), tenían un COF más bajo y una mayor resistencia a la tracción en seco con relación al blanco y proporcionó una mejor resistencia a la tracción. Los productos dieron un tamaño de gota de agua comparable a las láminas de papel frente al de Prosoft® TQ218A.
Ejemplo 7. Preparación de Emulsiones Suavizantes que contienen Vinilamina Hidrófobamente Modificada y mezclas de Suavizante/Surfactante no iónico.
Los suavizantes que contienen vinilamina hidrófobamente modificados enumerados en la Tabla XII, se emulsionaron mediante el uso del siguiente método. Una muestra de 50 g del suavizante (una dispersión al 10 % de sólidos en agua) se calentó a 65 °C en un horno. A continuación, la muestra calentada se cargó en una jarra mezcladora calentada (70 °C) junto con 50 g de agua caliente (70 °C). La mezcla caliente se mezcló inmediatamente en "alto" durante 90 segundos. Si era necesario, el pH de la emulsión se ajustaba con H2SO4 o NaCO3 después de mezclar (pH objetivo aproximadamente 7-8). La emulsión (5 % de sólidos) se dejó enfriar a temperatura ambiente antes de añadirla al papel tisú formado.
Se usó el método descrito en el Ejemplo 7, para preparar las mezclas de suavizante/surfactante no iónico enumeradas en la Tabla XII. Una muestra de 30 g del suavizante (una emulsión de sólidos al 10 % en agua) se calentó a 65 °C en un horno. Luego, la muestra calentada se cargó en una jarra mezcladora calentado (70 °C) junto con 68 gramos de agua caliente (70 °C) y 2 g del surfactante no iónico deseado (por ejemplo, Huntsman Surfonic® L24-12 para las mezclas 60:40). La mezcla caliente se mezcló inmediatamente en "alto" durante 90 segundos. Si era necesario, el pH de la emulsión se ajustaba con H2SO4 o NaCO3 después de mezclar (pH objetivo aproximadamente 7-8). La emulsión (5 % de sólidos totales) se dejó enfriar a temperatura ambiente antes de añadirla al papel tisú formado.
Ejemplo 8. Adición superficial de Emulsiones Suavizantes que contienen Vinilamina Hidrófoba y mezclas de Suavizante/Surfactante no iónico.
Se trató la superficie de rollos de papel tisú crepado comercial con los suavizantes hidrófobos que contienen vinilamina mediante el uso de una prensa de impresión ófset Little Giant Speedy Label Maker (ver la Figura 1, Sohn Manufacturing Inc. Elkhart Lake, Wisconsin). Para las evaluaciones se usó papel tisú de una sola capa disponible de Office Depot (papel tisú Marcal, rollo continuo, 15 g/m2 peso base).
La cantidad de suavizante añadida al papel tisú se controló mediante el ajuste del % de sólidos activos de la emulsión de polivinilamina hidrófoba. El % de sólidos activos de la emulsión se seleccionó en base al % de "recogida" húmeda del papel tisú en la prensa ófset y el nivel deseado de adición de suavizante. La recogida en húmedo se calculó mediante el uso de la diferencia en el peso en seco del papel tisú antes de la impresión y el peso húmedo del papel tisú después de la impresión. Por ejemplo, una emulsión de sólidos al 2,5 % con una absorción de humedad del 10 % dio un nivel de adición de suavizante del 0,25 % o 5 libras por tonelada (ppt) de papel tisú tratado. El papel tisú tratado con suavizante se secó durante 30 minutos a 80 °C, luego se dejó equilibrar al 50 % de humedad relativa y 72 °C antes de la prueba.
Referencia
Ejemplo 9. Evaluación de las Emulsiones Suavizantes Polivinilamina Modificadas Hidrófobamente Precis® 900 y las mezclas de Suavizante/Surfactante no iónico - Adición superficial.
Se probaron tres suavizantes de polivinilamina hidrófobamente modificados Precis® 900 mediante el uso del método de adición superficial descrito en el Ejemplo 8. Los suavizantes se fabricaron en relaciones de Precis® 900:polivinilamina de: 0,25:1, 0,5:1 y 1:1 mediante el uso del método descrito en el Ejemplo 1. Cada uno de los tres suavizantes se probó "tal cual", y como una mezcla 60:40 y 20:80 con monooleato de polietilenglicol (400 MW), un suavizante comercial de papel tisú disponible de Manufacturers Chemicals, Cleveland, t N. Se prepararon las mezclas de las emulsiones de polivinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 y de polivinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900/surfactante no iónico mediante el uso de los métodos descritos en el Ejemplo 7. El nivel de adición de la cantidad total de suavizante de polivinilamina hidrófobamente modificado Precis® 900/PEGMO se fijó en 0,25 % para las mezclas "tal cual" y PEGMO. Se usaron la resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (MD) (Máquina de prueba MTS System-5) y la suavidad del Handle-o-Meter (H-o-M, Thwing-Albert Instrument Company -Modelo # 211-300) como medidas del rendimiento del suavizante. Se utilizaron los métodos Tappi estándar para ambas pruebas: resistencia a la tracción (T-494) y suavidad H-o-M (T-498).
Se evaluaron como controles de suavizante comercial ProSoft® TQ218A (un suavizante de papel tisú comercial disponible de Solenis Inc., Wilmington, DE) y PEGMO. Los controles del suavizante se probaron para ayudar a cuantificar los beneficios de los suavizantes de polivinilamina hidrófobamente modificados Precis® 900. Ambos controles se probaron al nivel de adición del 0,25 %. Una muestra de papel tisú tratado con agua también se probó como "Blanco".
Los resultados de las pruebas de resistencia a la tracción MD y suavidad H-o-M del papel tisú tratado en la superficie se muestran en la Tabla XII. Los controles ProSoft® TQ218A y PEGMO dieron las mejoras esperadas en la suavidad de HoM (frente al agua tratada "Blanco", un valor de H-o-M más bajo implica un papel tisú más suave). Sin embargo, los controles ProSoft® TQ218A y PEGMO tuvieron un efecto negativo en la resistencia a la tracción (frente al agua tratada "Blanco"). Aunque se obtuvo una mejor suavidad con los controles, también hubo una reducción en la resistencia a la tracción.
Los tres suavizantes de polivinilamina hidrófobamente modificados Precis®900 proporcionaron “equilibrios” mejorados de suavidad H-o-M y resistencia a la tracción. Los suavizantes de polivinilamina hidrófobamente modificados Precis® 9000,25:1 y 0,5:1 dieron un papel tisú tratado en la superficie que era más suave (menor valor de H-o-M) y más fuerte (mayor resistencia a la tracción) que el "Blanco" sin tratar. El suavizante de polivinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 1:1 proporcionó un papel tisú tratado que era tan suave como los controles ProSoft® TQ218A y PEGMO, pero con una resistencia a la tracción significativamente mayor. La relación mejorada entre la suavidad del papel tisú y la resistencia a la tracción obtenida con los suavizantes de polivinilamina hidrófobamente modificados Precis® 900 se muestra gráficamente en la Figura 2.
Las mezclas 60:40 y 20:80 de suavizantes de polivinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 y PEGMO mostrados en la Tabla XIII, también produjeron papel tisú tratado en la superficie con equilibrios mejorados de suavidad H-o-M y resistencia a la tracción. En general, el papel tisú tratado con las mezclas de polivinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 con PEGMO eran tan suaves como el papel tisú tratado con los controles de suavizantes comerciales ProSoft® TQ218A y PEGMO y tenían una resistencia a la tracción significativamente mayor.
Tabla XIII. Polivinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 impresa en el papel tisú - con/sin PEGMO - Adición rfi i l - vi H- -M r i n i l r i n
Ejemplo 10. Evaluación de un Suavizante de Poliacrilamida que contiene vinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 y mezclas de suavizante/surfactante no iónico - Adición superficial.
Se preparó una emulsión de un suavizante de poliacrilamida que contiene vinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 (Ejemplo 4-3) mediante el uso del método descrito en el Ejemplo 7. Se evaluó la emulsión suavizante mediante el uso del método de adición superficial descrito en el Ejemplo 8. Se probó la emulsión de poliacrilamida que contiene vinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 "tal cual" y se coemulsionó con PEGMO (mezcla 7:3). Como puede verse en la Tabla XIV, la cantidad total de poliacrilamida que contiene vinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900/PEGMO se fijó en 0,25 % para "tal cual" y la mezcla de PEGMO.
También se evaluaron tres controles. Se evaluó el PEGMO como un control de suavizante comercial. Se evaluó una muestra no modificada de la poliacrilamida que contenía vinilamina como control de resistencia en seco (preparado mediante el uso del método descrito en el Ejemplo 4, pero sin la adición de Precis® 900). Además, la poliacrilamida que contiene vinilamina no modificada se ensayó como una mezcla de polímero:PEGMO 7:3. Los tres controles se probaron a un nivel de adición de 0,25 %. Una muestra de papel tisú tratado con agua también se probó como un "Blanco". Se usaron la resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (MD) y la suavidad H-o-M como medidas del rendimiento del suavizante.
Los resultados de las pruebas de resistencia a la tracción MD y suavidad H-o-M del papel tisú tratado en la superficie se muestran en la Tabla XIII y la Figura 3. El control de suavizante PEGMO proporcionó la mejora esperada en la suavidad H-o-M (frente al "Blanco" tratado con agua, un valor de H-o-M más bajo implica un papel tisú más suave). Sin embargo, el control PEGMO tuvo un efecto negativo en la resistencia a la tracción (frente al "Blanco" tratado con agua). Aunque se obtuvo una mejor suavidad al añadir PEGMO a la composición, la adición se produjo a expensas de una resistencia a la tracción reducida. El control de resistencia en seco de la poliacrilamida que contiene vinilamina no modificada aumentó la resistencia a la tracción del papel tisú, pero redujo la suavidad del papel tisú tratado (valor H-o-M más alto que el "Blanco"). La mezcla de poliacrilamida que contiene vinilamina no modificada/PEGMO mejoró la suavidad del papel tisú tratado, pero dio como resultado una resistencia a la tracción reducida.
El suavizante de poliacrilamida que contiene vinilamina hidrófobamente modificada Precis® 900 y la mezcla PEGMO correspondiente proporcionaron mejores “equilibrios” de suavidad H-o-M y resistencia a la tracción. Ambos proporcionaron papel tisú tratado en la superficie que era más suave (menor valor de H-o-M) y más fuerte (mayor resistencia a la tracción) que el "Blanco" sin tratar.
Tabla XIV. Polímeros de poliacrilamida que contienen vinilamina modificados hidrófobamente Precis® 900 - con/sin PEGMO - Adición su erficial - H-o-M Suavidad resistencia a la tracción
Referencia
Ejemplo 11. Evaluación de Precis® 900 y anhídrido alquenilsuccínico (ASA)
Suavizantes de copolímero de vinilamina-alcohol vinílico hidrófobamente modificado y mezclas de Suavizante/Surfactante no iónico - Adición Superficial.
Se prepararon emulsiones de suavizantes de un copolímero de vinilamina-alcohol vinílico hidrófobamente modificado Precis® 900 (Ejemplo 2-9) y un ASA (Ejemplo 2-4) mediante el uso del método descrito en el Ejemplo 7. Se evaluaron las emulsiones suavizantes mediante el uso del método de adición superficial descrito en el Ejemplo 8. La emulsión de poli(vinilamina-co-alcohol vinílico) hidrófobamente modificada Precis® 900 se probó "tal cual" y se coemulsionó con PEGMO (mezcla 7:3). El nivel de adición total de suavizante y suavizante/PEGMO se fijó en 0,25 para las emulsiones suavizantes "tal cual" y la mezcla de PEGMO.
Se probaron dos controles comerciales para cuantificar los beneficios de los suavizantes de poli(vinilamina-co-alcohol vinílico) hidrófobamente modificados Precis 900 y ASA. Se evaluó el ProSoft® TQ218A como un control de suavizante comercial. Además, se evaluó una muestra no modificada de poli(vinilamina-co-alcohol vinílico) (Sekisui Inc.) como control de resistencia en seco. Ambos controles se probaron a un nivel de adición de 0,25 %. Una muestra de papel tisú tratado con agua se probó como un "Blanco". Se usaron la resistencia a la tracción MD y la suavidad H-o-M como medidas del rendimiento del suavizante.
Los resultados de las pruebas de resistencia a la tracción MD y suavidad H-o-M del papel tisú tratado en la superficie se muestran en la Tabla XIV y la Figura 4. El control de suavizante ProSoft® TQ218A proporcionó la mejora esperada en la suavidad H-o-M (frente al "Blanco" tratado con agua, un valor de H-o-M más bajo implica un papel tisú más suave). Sin embargo, el control ProSoft®TQ218A, tuvo un efecto negativo sobre la resistencia a la tracción (frente al "Blanco" tratado con agua). Aunque se obtuvo una mejor suavidad al añadir ProSoft® TQ218A, también hubo una reducción de la resistencia a la tracción. El control de la resistencia en seco del copolímero de vinilamina-alcohol vinílico no modificado aumentó la resistencia a la tracción del papel tisú, pero redujo la suavidad (valor H-o-M más alto en comparación con el "Blanco").
Los suavizantes Precis® 900 y ASA de copolímero de vinilamina-alcohol vinílico hidrófobamente modificados, y la mezcla de copolímero de vinilamina-alcohol vinílico hidrófobamente modificado Precis® 900 con PEGMO proporcionó mejores "equilibrios" de suavidad Handle-o-Meter y resistencia a la tracción. Los tres proporcionaron un papel tisú tratado en la superficie que era más suave (menor valor de H-o-M) y tan fuerte como el "Blanco" sin tratar.
Tabla XV. Polímero de poli(vinilamina-co-alcohol vinílico) hidrófobamente modificado Precis® 900 y ASA - con/sin PEGMO - Adición su erficial - Suavidad H-o-M resistencia a la tracción
Ejemplo 12. Evaluación de polímeros catiónicos hidrófobos que contienen vinilamina para mejorar la calidad del volumen del papel de impresión y escritura.
Se determinó la voluminosidad del papel mediante el peso base y el calibre, las propiedades de resistencia a la tracción y ZDT de las láminas de papel hechas con los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba de la presente invención se compararon con las propiedades de las láminas de papel hechas con un suavizante de referencia imidazolina (Prosoft® TQ218A, de Solenis, Wilmington, DE, Estados Unidos) en dosis activas iguales.
El papel se hizo mediante el uso de una máquina de fabricación de papel ubicada en 500 Hercules Rd., Wilmington DE. La pulpa de papel era 70 % kraft blanqueada de madera dura Quinessec y 30 % kraft blanqueada de madera blanda Rayonier refinada por separado mediante el uso de un refinador de doble mesa Andritz a 450 ml de pureza CSF y luego mezclada para producir una pulpa con una dureza de 100 ppm y una alcalinidad de 50 ppm. El pH del sistema fue de 7,5 con la temperatura de almacenamiento a 50 °C. El peso base fue de 50 libras por 3000 pies2. Se añadieron los polímeros que contienen vinilamina hidrófoba en los ejemplos anteriores y Prosoft® TQ218A como suavizantes al extremo húmedo de la máquina de fabricación de papel a un nivel de 0,1 a 0,4 % en peso de polímero activo frente a pulpa de papel seca. Se añadió Stalok 300 (AE Staley, Decatur, IL) en la entrada de la bomba de almacenamiento al 0,75 %. Se añadieron Prequel 1000 (0,08 % Solenis, Wilmington, DE) y alumbre (0,25 %) al tercer mezclador y cuarto mezclador respectivamente. La presión de calandrado de Corte Simple se estableció a cargas de 40 psi. Se determinaron la tracción en seco (Método de prueba TAPPI T494, om-01) y ZDT. Las propiedades de voluminosidad y resistencia de las láminas de papel hechas con los ejemplos de la presente invención se compararon con las hechas con Prosoft® TQ218A, y se expresan como % frente al blanco en la Tabla XIIIV.
Tabla XVI. Voluminosidad, resistencia a la tracción y ZDT de la lámina de papel hecha con polímeros a base de vinilamina catiónica^ hidrófoba en com aración con Prosoft® TQ218A
El Ejemplo 12-1 en la Tabla XIIIV demostró una mayor voluminosidad del papel mientras proporcionaba una mayor resistencia a la tracción GMT.
El Ejemplo 12-2 es un ejemplo de referencia y proporcionó una mayor mejora en la voluminosidad que Prosoft TQ218A (ejemplo comparativo 6-2) y un impacto menos negativo en la resistencia a la tracción GMT y ZDT.
Los polímeros a base de vinilamina catiónica hidrófoba de la presente invención también se evaluaron en combinación con polímeros aniónicos, en esta evaluación el Hercobond® 2000 (disponible de Solenis, Wilmington, DE, Estados Unidos), para mejorar la voluminosidad del papel de impresión y escritura. Se evaluó el efecto de esos polímeros sobre el encolado del papel mediante el uso de una máquina encoladora HST.
Tabla XVII. Voluminosidad, resistencia a la tracción, ZDT y HST de láminas de papel hechas con polímeros a base de vinilamina catiónica hidrófoba en com aración con Prosoft® TQ218A
Los resultados de la Tabla XVII demuestran mejor voluminosidad en cada uno de los Ejemplos 6-1, 6-2 y 12-3 a 12-7 (los ejemplos 12-3 a 12-6 son ejemplos de referencia) Varios ejemplos (Ejemplo 12-3, 12-4, 12-6 y 12-7) mantuvieron la mayor parte de la fortaleza de g Tm mientras que la referencia Prosoft® TQ218A (Ejemplo Comparativo 6-2) redujo significativamente la propiedad de resistencia. Prosoft® TQ218A también redujo el tamaño de h St a cero, mientras que varios ejemplos proporcionaron un mejor efecto de encolado en la lámina de papel. La combinación de un polímero catiónico hidrófobo de la presente invención con Hercobond® 2000 (Ejemplo 12-6) proporcionó una mayor resistencia GMT que el polímero catiónico solo (Ejemplo 12-5). Los resultados indicaron que Hercobond® 2000 mejoró la propiedad de resistencia con un impacto mínimo en la voluminosidad de la lámina de papel fabricada con los polímeros que contienen vinilamina catiónica hidrófoba de la presente invención.
Claims (15)
1. Una composición de polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba que comprende unidades repetitivas de vinilamina modificada hidrófobamente que tiene la fórmula (I):
y un monómero vinílico, en donde R es un hidrógeno o un grupo acetilo o un compuesto de alquilcarbonilo a, pinsaturado a través de la adición de Michael mediante la vinilamina en el polímero; Y se selecciona del grupo que consiste en un hidroxilo, ácido carboxílico y amida de ácido; S es una unidad repetitiva de cloruro de dialildimetilamonio polimerizado; X se selecciona del grupo que consiste en la fórmula (II), (lII), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII) y (IX):
en donde Ri y R2, de forma idéntica o diferente, son un grupo alifático, olefínico o aromático de cadena lineal, ramificado, que tiene hasta 22 átomos de carbono y hasta 4 enlaces dobles, y
en donde las líneas discontinuas son los enlaces que conectan las unidades repetitivas de la Fórmula (I) con el grupo que consiste de las Fórmulas (II), (III), (IV), (V), (VI), (VII), (VIII) y (IX), y en donde n puede ser de 0 % en moles a aproximadamente 99 % en moles, m puede ser de aproximadamente 0,1 % en moles a aproximadamente 90 % en moles, p puede ser de 0 % en moles a aproximadamente 98 % en moles y q puede ser de 0 % en moles a aproximadamente 50 % en moles.
2. La composición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde R es un grupo acetilo; X se selecciona del grupo que consiste en la Fórmula (III), (IV) y (V); en donde R1 y R2, de forma idéntica o diferente, son un grupo alifático, olefínico o aromático de cadena lineal, ramificado, que tiene hasta 22 átomos de carbono y hasta 4 dobles enlaces; en donde n es de aproximadamente 5 % en moles a aproximadamente 40 % en moles, m es de aproximadamente 60 % en moles a aproximadamente 95 % en moles, y p y q son 0 % en moles.
3. La composición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde R es hidrógeno; X se selecciona del grupo que consiste en la Fórmula (III), (IV) y (V); en donde R1 y R2, de forma idéntica o diferente, son un grupo alifático, olefínico o aromático de cadena lineal, ramificado, que tiene hasta 22 átomos de carbono y hasta 4 dobles enlaces; en donde n es de aproximadamente 0,5 % en moles a aproximadamente 20 % en moles, m es de aproximadamente 0,5 % en moles a aproximadamente 40 % en moles, y p es de aproximadamente 50 % en moles a aproximadamente 95 % en moles.
4. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el monómero vinílico se selecciona del grupo que consiste en acrilamida, metacrilamida, t-butilacrilamida, N-alquilacrilamida, N-alquilmetacrilamida, N-[cloruro de 3-(propil)trimetilamonio]acrilamida, N-[cloruro de 3-(propil)trimetilamonio]metacrilamida, acrilato de metilo, acrilato de alquilo, metacrilato de metilo, metacrilato de alquilo, acrilato de arilo, metacrilatos de arilo, cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]-trimetilamonio, N-[3-(dimetilamino)propil]acrilamida, N-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida, N-etilacrilamida, acrilato de 2-hidroxietilo, acrilonitrilo, vinilpiridina, 1 -vinil-2-pirrolidinona, cloruro de acrilamidopropiltrimetilamonio y sus combinaciones.
5. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la relación molar del polímero base de Fórmula (I) al monómero vinílico es de aproximadamente 5:95 a aproximadamente 50:50.
6. La composición de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba comprende el polímero base de Fórmula (I), en donde n es de aproximadamente 10 % en moles a aproximadamente 60 % en moles, m es de aproximadamente 1 % en moles a aproximadamente 90 % en moles
p es 0 % en moles y q es 0 % en moles; en donde el monómero vinílico es acrilamida; y en donde la relación en moles del polímero base a la acrilamida es de aproximadamente 5:90 a aproximadamente 50:50, preferentemente de aproximadamente 10:90 a aproximadamente 30:70.
7. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además un surfactante en donde el surfactante se selecciona del grupo que consiste en un polietilenglicol que tiene un peso molecular de menos de aproximadamente 5000 Daltons, éteres alquílicos de cadena larga tales como PEGMO (monooleato de polietilenglicol (400 MW)), alcanolamidas, alcoholes alcoxilados, óxidos de amina, aminas etoxiladas, amidas alcoxiladas, copolímeros de bloque EO-PO, polietilenglicol con extremos bloqueados con éter de alquil glicidilo, alcoholes grasos alcoxilados, ésteres de ácidos grasos alcoxilados, alquilarilalcoxilatos, derivados de sorbitán, ésteres de ácidos grasos de poliglicerilo, alquil(poli)glucósidos, surfactantes basados en fluorocarburos, suavizantes y desligantes tales como suavizantes de bis-amida, desligantes de imidazolina o ésteres cuaternarios, y sus combinaciones.
8. La composición de acuerdo con la reivindicación 7, en donde R es hidrógeno; X es la Fórmula (II), en donde n puede ser de aproximadamente 40 % en moles a aproximadamente 90 % en moles, m puede ser de aproximadamente 10 % en moles a aproximadamente 60 % en moles, p es 0 % en moles y q es 0 % en moles, en donde el monómero vinílico es acrilamida, en donde la relación molar del polímero base de la Fórmula (I) al monómero vinílico es de aproximadamente 5:95 a aproximadamente 50:50, y el surfactante es un surfactante no iónico éteres de alquilo de cadena larga PEGMO (monooleato de polietilenglicol (400 MW)).
9. Un proceso de preparación de un polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8 que contiene un polímero base que tiene la Fórmula (I),
un monómero vinílico, y opcionalmente un surfactante, que comprende la etapa de (1) disolver un polímero que contiene vinilamina hidrófoba de Fórmula (I), y un medio líquido seleccionado del grupo que consiste en agua, una solución ionizada, un solvente, y sus combinaciones, en donde los sólidos activos del polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba es de aproximadamente 0,1 % a aproximadamente 20 % de sólidos activos, preferentemente de aproximadamente 1 % a aproximadamente 15 % de sólidos activos, con la máxima preferencia de aproximadamente 3 % a aproximadamente 8 % de sólidos activos; (2) ajustar el pH de aproximadamente 1 a aproximadamente 4, preferentemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 3,8, y con la máxima preferencia de aproximadamente 3 a aproximadamente 3,6; y (3) llevar a cabo la polimerización iniciada por radicales libres mediante el uso de un iniciador a una temperatura de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 100 °C, preferentemente de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 80 °C, y con la máxima preferencia de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 75 °C, durante de aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 5 horas, preferentemente de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 2,5 horas, y con la máxima preferencia de aproximadamente 40 minutos a aproximadamente 80 minutos.
10. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el iniciador se selecciona de un grupo que consiste de peróxido de hidrógeno, hidroperóxido de terc-butilo (TBHP), persulfatos de sodio, potasio o amonio, iniciadores azo y sistemas de iniciadores redox, preferentemente el iniciador es peróxido de hidrógeno y se añade al medio acuoso, y la polimerización se lleva a cabo a un pH de aproximadamente 3,0 a aproximadamente 3,8; a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 80 °C durante de aproximadamente 40 minutos a aproximadamente 80 minutos.
11. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, en donde el peso molecular promedio en peso del polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba está en el intervalo de aproximadamente 4000 Daltons a aproximadamente 2000 000 Daltons, preferentemente de aproximadamente 6000 Daltons a aproximadamente 1 000000 Daltons, y con la máxima preferencia de aproximadamente 100000 Daltons a aproximadamente 700 000 Daltons, según se determina mediante el método mencionado en la descripción.
12. Un método para fabricar papel que comprende:
proporcionar una composición de polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba de acuerdo con la reivindicación 1;
tratar una composición de fabricación de papel o una lámina de papel formada con el polímero que contiene vinilamina hidrófoba.
13. El método de la reivindicación 12, en donde la composición de polímero de vinilo que contiene vinilamina hidrófoba se añade en el extremo húmedo del proceso de fabricación de papel.
14. El método de la reivindicación 12 o 13, en donde el papel tiene una suavidad y/o voluminosidad del papel mejoradas.
15. El papel fabricado mediante el uso de la composición de polímero vinílico que contiene vinilamina hidrófoba de acuerdo con la reivindicación 1.
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