ES2936393T3 - Polímeros funcionalizados con aldehído para resistencia y deshidratación del papel - Google Patents

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Abstract

Se describen composiciones y métodos útiles en aplicaciones relacionadas con la fabricación de papel. Las composiciones y métodos de la presente invención comprenden polímeros funcionalizados con aldehído diseñados para impartir alta resistencia al papel y mejorar la eliminación de agua durante el proceso de fabricación del papel. Los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular relativamente bajo y comprenden grupos amino y/o amida que reaccionan con mono y di-reacción en una proporción de al menos aproximadamente 1,5 a 1. Los polímeros de bajo peso molecular de la presente invención tienen el mismo resistencia y rendimiento de deshidratación como los correspondientes polímeros de alto peso molecular. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Polímeros funcionalizados con aldehido para resistencia y deshidratación del papel
Campo de la invención
La invención se refiere a composiciones que comprenden polímeros funcionalizados con aldehído y métodos de uso de las composiciones para la fabricación de papel.
Antecedentes de la invención
La capacidad de formar papel de resistencia superior a un coste mínimo es importante para la fabricación de productos de papel. La resistencia del papel depende de una serie de factores, incluida la elección de las fibras, los métodos de refinado, la carga de la prensa, y los aditivos químicos que se emplean, y se pueden modificar al ajustar estas variables. Las tendencias en la industria, que incluye el mayor uso de fuentes de fibra de menor calidad y el mayor cierre de los sistemas de agua de las papeleras, han generado una mayor necesidad de desarrollar procesos de fortalecimientos ejemplares y rentables. Por ejemplo, el uso de fibras económicas de baja calidad puede requerir estrategias tales como mayor refinación, mayores cargas de prensa, o aditivos químicos. Desafortunadamente, una mayor refinación conduce a menudo a propiedades indeseables del papel, tales como una mayor densidad del papel, menor desgarro y menor porosidad, así como también tiempos de producción más lentos. El aumento de las cargas de la prensa tiene limitaciones mecánicas, como el aplastamiento de las hojas, y también puede conducir a una producción de papel ineficiente. Por lo tanto, los aditivos químicos se añaden comúnmente al proceso de fabricación de papel para mejorar las propiedades del papel, y se pueden usar para aumentar la resistencia a la compresión, la resistencia al estallido, y la resistencia a la rotura por tracción del producto de papel.
El proceso de fabricación de papel implica tomar una suspensión de materias primas para la fabricación de papel con una consistencia (porcentaje de sólidos en peso) en el intervalo de 0,1 a 1,5 por ciento en peso y que se deshidrate para formar una hoja con una consistencia final de aproximadamente 95 por ciento en peso. La tasa de producción de papel o, de manera equivalente, la velocidad de la máquina está dictada por la velocidad a la que se puede eliminar el agua y, en consecuencia, cualquier tratamiento químico que pueda aumentar la tasa de eliminación de agua tiene valor para el fabricante de papel. Un aditivo químico ideal para la fabricación de papel podría aportar una resistencia superior al papel, promueve una buena deshidratación (por ejemplo, deshidratación en prensa) y sería menos costoso que las estrategias alternativas.
Una variedad de aditivos poliméricos actúan como agentes fortalecedores y se pueden usar para obtener productos de papel de alta resistencia, incluidos polímeros naturales (por ejemplo, almidón, goma de celulosa) y resinas sintéticas (por ejemplo, ésteres poliacrílicos, poliacrilamidas, poliacrilamidas glioxaladas). Se cree que los agentes de refuerzo aumentan la resistencia del papel al formar enlaces covalentes con el material celulósico del papel. Los agentes de refuerzo óptimos forman enlaces fuertes con las fibras de celulosa, e imparten una mayor resistencia por unidad de área unida del papel. Las resinas sintéticas ofrecen ventajas únicas, tales como la facilidad de uso y la versatilidad estructural.
Las poliacrilamidas son resinas sintéticas bien conocidas que se usan para generar resistencia en seco, así como también para ayudar en la deshidratación de la prensa y, a menudo, comprenden una pequeña cantidad de monómero catiónico que se incorpora en la cadena principal del polímero para aumentar la asociación del polímero con las fibras de celulosa cargadas aniónicamente. En particular, las poliacrilamidas glioxaladas (es decir, GPAM) son una clase de poliacrilamidas modificadas que generalmente se forman a partir de la glioxalación de una poliacrilamida, y son bien conocidas por proporcionar una mayor resistencia al papel así como una eficiencia de deshidratación de la prensa.
Las propiedades de las poliacrilamidas glioxaladas dependen de los monómeros y del contenido porcentual de amida mono-reaccionada y amida di-reaccionada presente en el polímero modificado. Las especies de amida monoreaccionadas y di-reaccionadas tienen cada una reactividades distintas. La cantidad de amida mono-reaccionada y amida di-reaccionada indica la cantidad de aldehído libre disponible en el polímero para la unión, y depende en gran medida de las condiciones de la reacción de funcionalización con aldehído (por ejemplo, temperatura, relaciones reactivo/reactante). La cantidad de amida mono-reaccionada y di-reaccionada presente en el polímero funcionalizado con aldehído se representa a menudo como una relación entre las dos especies.
La sabiduría convencional en el campo de la fabricación de papel es que los aditivos poliméricos (por ejemplo, GPAM) proporcionan papel de mayor resistencia en seco cuando el peso molecular del polímero es relativamente alto, por ejemplo, en el rango de cientos de miles a unos pocos millones de g/mol. En general, se cree que la resistencia del papel se deteriora cuando el peso molecular es demasiado bajo y, por lo tanto, se han desarrollado en la industria muchos aditivos poliméricos de alto peso molecular. Sin embargo, los polímeros de alto peso molecular pueden ser más difíciles de manipular debido a los requisitos de viscosidad, sólidos y estabilidad. Los polímeros de alto peso molecular también pueden tener un costo más prohibitivo de usar que los correspondientes polímeros de bajo peso.
Una composición química más económica y simple y un método para mejorar la resistencia y las propiedades de deshidratación del proceso de fabricación de papel serían una valiosa contribución al campo.
El documento US 2010/089542 A1 describe una composición para mejorar la deshidratación de una lámina de papel en una máquina papelera y un método para usar la composición. La composición que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino o amido en donde al menos aproximadamente el 15 por ciento en moles de los grupos amino o amido se funcionalizan al reaccionar con uno o más aldehídos y en donde los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular de al menos aproximadamente 100000. El documento US 2005/161181 A1 describe un método para mejorar la deshidratación de una lámina de papel en una máquina papelera que comprende añadir a la lámina de papel de aproximadamente 0,05 lb/tonelada a aproximadamente 15 lb/tonelada, en base a fibra seca, de uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino o amido en donde al menos aproximadamente el 15 por ciento en moles de los grupos amino o amido se funcionalizan al reaccionar con uno o más aldehídos y en donde los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular de al menos aproximadamente 100000.
Breve descripción de la invención
En una modalidad, la invención proporciona una composición para tratar la deshidratación de la sección de resistencia y prensa de una lámina de papel de acuerdo con la reivindicación 1. La composición comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino, grupos amida o una combinación de sus grupos amino y amida, en donde (i) de 15 a 20 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida o tanto los grupos amino como los grupos amida se funcionalizan con uno o más aldehídos, (ii) los grupos amino, los grupos amida, o ambos, los grupos amino y amida monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de 4:1 a 20:1, y (iii) los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de 10000 g/mol a 100000 g/mol.
En otra modalidad, la invención proporciona un método para mejorar la resistencia y la deshidratación de la sección de prensa de una lámina de papel en una máquina papelera. El método comprende añadir a la lámina de papel de 25 mg/kg (0,05 lb/ton) a 10 g/kg (20 lb/ton), en base a fibra seca, de una composición acuosa que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino, grupos amida, o una combinación de sus grupos amino y amida, en donde (i) del 15 al 20 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida, o tanto los grupos amino como amida están funcionalizados con uno o más aldehídos, (ii) los grupos amino, los grupos amida, o tanto los grupos amino como amida, monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de 4:1 a 20:1, y (iii) los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de 10000 g/mol a 100000 g/mol. Breve descripción de las figuras
La Figura 1 es un gráfico lineal que ilustra la relación STFI de papel por dosificación de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC (GPAM 1) de bajo peso molecular y un copolímero de acrilamida/DADMAC (GPAM 2) de alto peso molecular en un experimento de laboratorio.
La Figura 2 es un gráfico de líneas que ilustra la demanda de vapor de papel mediante el uso de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC (GPAM 1) de bajo peso molecular y un copolímero de acrilamida/DADMAC (GPAM 3) de alto peso molecular en una prueba inicial de la papelera.
La Figura 3 es un gráfico lineal que ilustra el flujo del vertedero de papel mediante el uso de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC (GPAM 1) de bajo peso molecular y un copolímero de acrilamida/DADMAC (GPAM 3) de alto peso molecular en una prueba inicial de la papelera.
La Figura 4 es un gráfico de líneas que ilustra la resistencia Concora del papel mediante el uso de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC (GPAM 1) de bajo peso molecular y un copolímero de acrilamida/DADMAC (GPAM 3) de alto peso molecular en una prueba inicial de la papelera.
La Figura 5 es un gráfico lineal que ilustra la demanda de vapor de papel mediante el uso de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC (GPAM 1) de bajo peso molecular y un copolímero de acrilamida/DADMAC (GPAM 3) de alto peso molecular en una segunda prueba de la papelera.
La Figura 6 es un gráfico lineal que ilustra la resistencia STFI del papel mediante el uso de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC (GPAM 1) de bajo peso molecular y un copolímero de acrilamida/DADMAC (GPAM 3) de alto peso molecular en una segunda prueba de la papelera.
La Figura 7 es un gráfico lineal que ilustra la vida útil comparativa del copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC (GPAM 1) de bajo peso molecular y un copolímero de acrilamida/DADMAC (GPAM 2) de alto peso molecular.
Descripción detallada de la invención
Las siguientes definiciones se proporcionan para determinar cómo se usan los términos en esta solicitud y, en particular, cómo deben interpretar las reivindicaciones.
"Monómero de acrilamida" significa un monómero de fórmula
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en donde R1 se selecciona del grupo que consiste en H, alquilo C1-C16, arilo, arilalquilo, alquenilo C2-C16, alquinilo C2-C16, heteroarilo, alquilheteroarilo, cicloalquilo C3-C8, y halógeno; y R2 se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno, alquilo C1-C16, arilo, arilalquilo, alquenilo C2-C16, alquinilo C2-C16, heteroarilo, alquilheteroarilo, e hidroxilo. "Aldehído" significa un compuesto que contiene uno o más grupos aldehído (-CHO), donde los grupos aldehído son capaces de reaccionar con los grupos amino o amida de un polímero que comprende grupos amino o amida como se describe en la presente descripción. Los aldehídos representativos incluyen formaldehído, paraformaldehído, glutaraldehído, glioxal y similares.
"Polímero funcionalizado con aldehído" se refiere a un polímero que resulta de una reacción entre un polímero que comprende al menos un grupo amida o un grupo amino con un aldehído.
"Alquenilo" se refiere a un hidrocarburo lineal o ramificado, que tiene preferentemente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, o 16 carbonos, y que tiene uno o más dobles enlaces carbono-carbono. Los grupos alquenilo incluyen, pero no se limitan a, etenilo, 1-propenilo, 2-propenilo (alilo), iso-propenilo, 2-metil-1-propenilo, 1-butenilo y 2-butenilo. Los grupos alquenilo se pueden sustituir o no sustituir con uno o más sustituyentes adecuados.
"Alquilo" se refiere a un sustituyente alquilo de cadena lineal o ramificada. Los ejemplos de tales sustituyentes incluyen metilo, etilo, propilo, isopropilo, n-butilo, sec-butilo, isobutilo, ferc-butilo, pentilo, isoamilo, hexilo y similares. "Alquilheteroarilo" se refiere a un grupo alquilo que se enlaza a un grupo heteroarilo.
"Alquinilo" se refiere a un hidrocarburo lineal o ramificado, que tiene preferentemente 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, o 16 carbonos, y que tiene uno o más triples enlaces carbono-carbono. Los grupos alquinilo incluyen, pero no se limitan a, etinilo, propinilo y butinilo. Los grupos alquinilo se pueden sustituir o no sustituir con uno o más sustituyentes adecuados.
"Grupo amida" significa un grupo de fórmula -C(O)NHY1 donde Y1 se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno, alquilo C1-C16, arilo, arilalquilo, alquenilo C2-C16, alquinilo C2-C16, heteroarilo, alquilheteroarilo o hidroxilo.
"Grupo amino" significa un grupo de fórmula -NH(Y)2 donde cada Y2 puede ser igual o diferente y cada Y se selecciona del grupo que consiste en hidrógeno, alquilo C1-C16, arilo, arilalquilo, alquenilo C2-C16, alquinilo C2-C16, heteroarilo, alquilheteroarilo o hidroxilo.
"Polímero anfótero" se refiere a un polímero derivado tanto de monómeros catiónicos como de monómeros aniónicos y, posiblemente, de otro(s) monómero(s) no iónico(s). Los polímeros anfóteros representativos incluyen copolímeros compuestos por terpolímeros compuestos por ácido acrílico, DADMAC y acrilamida, y similares.
"Arilo" se refiere a un sustituyente carbocíclico aromático sustituido o no sustituido, como se entiende comúnmente en la técnica, y el término "arilo C6-C10" incluye fenilo y naftilo. Se entiende que el término arilo se aplica a sustituyentes cíclicos que son planos y comprenden 4n+2n electrones, de acuerdo con la Regla de Hückel.
"Arilalquilo" significa un grupo aril-alquileno donde el arilo y el alquileno se definen en la presente descripción. Los grupos arilalquilo representativos incluyen bencilo, feniletilo, fenilpropilo, 1-naftilmetilo, y similares.
"Agente de transferencia de cadena " significa cualquier molécula, que se usa en la polimerización por radicales libres, que reaccionará con un radical polimérico para formar un polímero muerto y un radical nuevo. En particular, la adición de un agente de transferencia de cadena a una mezcla de polimerización da como resultado una ruptura de la cadena y una disminución concomitante del tamaño de la cadena de polimerización. Por lo tanto, añadir un agente de transferencia de cadena limita el peso molecular del polímero que está en preparación.
"Que consiste esencialmente en" significa que los métodos y composiciones pueden incluir etapas, componentes, ingredientes adicionales o similares, pero solo si las etapas, componentes y/o ingredientes adicionales no alteran materialmente las características básicas y novedosas de los métodos y composiciones reivindicados.
"Agente de reticulación" o "agente de ramificación" se refiere a un monómero multifuncional que, cuando se añade al monómero o monómeros en polimerización, da como resultado polímeros "ramificados" o polímeros "entrecruzados" en los que una rama o ramas de una molécula de polímero se une a otra moléculas de polímero.
"DADMAC" se refiere a unidades monoméricas de un haluro de dialildimetilamonio.
"Halógeno" o "halo" se refiere a un resto que se selecciona del grupo que consiste en flúor, cloro, bromo y yodo. "Monómero" significa un compuesto alílico, vinílico o acrílico polimerizable. El monómero puede ser aniónico, catiónico, no iónico o zwitteriónico.
"STFI" significa Prueba de compresión de corta duración, un método para medir la resistencia del papel a las fuerzas de compresión se define en el Método TAPPI T826, así como también en el artículo "The comparative response of Ring Crush Test and STFI Short Span Crush Test to paper mill process variable changes" por Joseph J. Batelka, Corrugating International (Octubre 2000).
"Modificador estructural" significa un agente que se añade a la solución acuosa de polímero para controlar la estructura del polímero y las características de solubilidad. El modificador estructural se selecciona del grupo que consiste en agentes de reticulación y agentes de transferencia de cadena.
"Monómero zwitteriónico" significa una molécula polimerizable que contiene funcionalidad catiónica y aniónica (cargada) en proporciones iguales, de modo que la molécula es globalmente neutra en términos netos.
La invención proporciona composiciones que comprenden polímeros funcionalizados con aldehído de bajo peso molecular y métodos para usar las composiciones para mejorar la resistencia y las propiedades de deshidratación de una lámina de papel. Los solicitantes han descubierto sorprendente e inesperadamente que las composiciones que comprenden un polímero funcionalizado con aldehído de peso molecular relativamente bajo pueden impartir propiedades de resistencia y deshidratación al papel comparables a un polímero funcionalizado con aldehído de alto peso molecular correspondiente. Dado que la dinámica de carga de la prensa no se puede simular en un laboratorio, el efecto es más pronunciado cuando el papel se produce en una fábrica de papel. Este resultado contrasta con la creencia común de que un polímero funcionalizado con aldehído de bajo peso molecular de la misma composición produce papel de menor resistencia en seco. Se pueden encontrar ejemplos representativos de polímeros funcionalizados con aldehído de mayor peso molecular en la Patente de los Estados Unidos Núm. 7,641,766 y la Patente de los Estados Unidos Núm. 7,901,543.
Los polímeros funcionalizados con aldehído de la presente invención comprenden grupos amino, grupos amida o grupos amino y amida sustituidos con un aldehído en una relación de amida mono-reaccionada a amida di­ reaccionada de al menos aproximadamente 1,5 a 1. Sin pretender que se limite a ninguna teoría en particular, se cree que el aldehído mono-reaccionado en el polímero es responsable de la mejora que se observa de la resistencia del papel en presencia del polímero funcionalizado con aldehído. Por lo tanto, se cree que la especie monoreaccionada (por ejemplo, especies que tienen un aldehído libre) es responsable de la resistencia del papel que se observa porque, a diferencia de las especies di-reaccionadas, las especies mono-reaccionadas pueden formar un enlace covalente con la fibra de celulosa. Por lo tanto, se postula que una composición que comprende un polímero funcionalizado con aldehído que tiene una relación mayor de mono-reaccionado a di-reaccionado imparte mayor resistencia al papel cuando se añade a un proceso de fabricación de papel en comparación con los polímeros descritos anteriormente. Una relación elevada de especies de amida mono-reaccionadas y di-reaccionadas se pueden usar para medir indirectamente la cantidad de aldehído libre en el polímero funcionalizado con aldehído. La amida o amina mono-reaccionada se refiere a un polímero que se forma cuando un glioxal reacciona con una amida o amina, y la amida o amina di-reaccionada se refiere a un polímero que se forma cuando un glioxal reacciona con dos amidas o aminas.
En una modalidad, la invención proporciona una composición para tratar la deshidratación de la sección de resistencia y prensa de una lámina de papel. La composición comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino, grupos amida, o una combinación de sus grupos amino y amida, en donde (i) al menos aproximadamente el 15 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida o tanto los grupos amino como los grupos amida se funcionalizan con uno o más aldehídos, (ii) los grupos amino, los grupos amida, o los grupos amino y amida monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de al menos aproximadamente 1,5 a 1, y (iii) los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de aproximadamente 10000 g/mol a aproximadamente 300000 g/mol.
El polímero funcionalizado con aldehído se forma al hacer reaccionar el polímero con uno o más aldehídos. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida o una combinación de grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehído en una relación de al menos aproximadamente 1,5 a 1. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida o una combinación de grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehído en una relación de al menos aproximadamente 3 a 1. Por lo tanto, en ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida, o grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehído en una relación de al menos aproximadamente 3 a 1, al menos aproximadamente 3,5 a 1, al menos aproximadamente 4 a 1, al menos aproximadamente 4,5 a 1, al menos aproximadamente 5 a 1, al menos aproximadamente 5,5 a 1, o al menos aproximadamente 6 a 1. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida, o una combinación de grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehido en una relación mayor de aproximadamente 3 a 1. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida, o una combinación de grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehído en una relación de al menos aproximadamente 3,5 a 1. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida, o una combinación de grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehído en una relación de al menos aproximadamente 4 a 1.
En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida o una combinación de grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehído en una relación de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 20:1. Por lo tanto, en ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende grupos amino, grupos amida o una combinación de grupos amino y amida que monorreaccionan y dirreaccionan con aldehído en una relación de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 20:1, de aproximadamente 3,5:1 a aproximadamente 20:1, de aproximadamente 4:1 a aproximadamente 20:1, de aproximadamente 4,5:1 a aproximadamente 20:1, de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 20:1, de aproximadamente 5,5: 1 a aproximadamente 20:1, o de aproximadamente 6:1 a aproximadamente 20:1.
En ciertas modalidades, la composición comprende aldehído mono-reaccionado y aldehído di-reaccionado en una relación de al menos aproximadamente 7 a 1, al menos aproximadamente 8 a 1, al menos aproximadamente 9 a 1, al menos aproximadamente 10 a 1, al menos aproximadamente 11 a 1, o al menos aproximadamente 12 a 1. En ciertas modalidades, la composición comprende aldehído mono-reaccionado y un aldehído di-reaccionado en una relación de aproximadamente 9:1 a aproximadamente 50:1.
El polímero funcionalizado con aldehído puede comprender cualquier cantidad de grupos amino, grupos amida, y combinaciones que monorreaccionan. En ciertas modalidades, al menos aproximadamente el 10 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida y sus combinaciones monorreaccionan con al menos un aldehído. En ciertas modalidades, al menos aproximadamente del 15 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida y sus combinaciones monorreaccionan con al menos un aldehído. En ciertas modalidades, al menos aproximadamente del 20 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida y sus combinaciones monorreaccionan con al menos un aldehído.
En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído se forma mediante la funcionalización de un polímero que comprende grupos amino, grupos amida o una combinación de grupos amino y amida con uno o más aldehídos en donde el aldehído reacciona con al menos aproximadamente el 15 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida, o sus combinaciones. Por lo tanto, en ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído se forma al hacer reaccionar un polímero que comprende grupos amino y/o amida con uno o más aldehídos en donde el aldehído reacciona con al menos aproximadamente el 15 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 16 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 17 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 18 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 19 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 20 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 22 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 24 por ciento en moles de los grupos amino y/o grupos amida, al menos aproximadamente el 25 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 30 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 35 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 40 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, al menos aproximadamente el 45 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida, o al menos aproximadamente el 50 por ciento en moles de los grupos amino y/o amida.
En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído tiene un peso molecular promedio de aproximadamente 10000 g/mol a aproximadamente 300000 g/mol. Por lo tanto, en ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído tiene un peso molecular promedio de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 300 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 250 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 200 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 150 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 125 000 g/mol, de aproximadamente 10000 g/mol a aproximadamente 100 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/ mol a aproximadamente 50000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 40 000 g/mol, de aproximadamente 10000 g/mol a aproximadamente 30 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 20000 g/mol, de aproximadamente 20 000 g/mol a aproximadamente 300 000 g/mol, de aproximadamente 50000 g/mol a aproximadamente 300 000 g/mol, de aproximadamente 100 000 g/mol a aproximadamente 300 000 g/mol, de aproximadamente 50 000 g/mol a aproximadamente 200 000 g/mol, de aproximadamente 50 000 g/mol a aproximadamente 200 000 g/mol de aproximadamente 50 000 g/mol a aproximadamente 150 000 g/mol, o de aproximadamente 50 000 g/mol a aproximadamente 100 000 g/mol. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído tiene un peso molecular promedio de aproximadamente 10000 g/mol a aproximadamente 200000 g/mol.
En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehido tiene un peso molecular promedio de aproximadamente 10000 g/mol a menos de aproximadamente 100000 g/mol. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído tiene un peso molecular promedio de menos de aproximadamente 100000 g/mol. El polímero funcionalizado con aldehído se puede preparar mediante cualquier método químico sintético adecuado. Una preparación implica hacer reaccionar un polímero que comprende grupos amino, grupos amida o grupos amino y amida con un aldehído a un pH de aproximadamente 7 a aproximadamente 9. Una solución acuosa del polímero que comprende grupos amino, grupos amida o grupos amino y amida a un pH de aproximadamente 9 se carga con aldehído a aproximadamente 25 °C. El pH de la solución se ajusta a un intervalo de aproximadamente 7,5 a aproximadamente 8,5 mediante el uso de una base, y se mantiene dentro de ese intervalo. En ciertas modalidades, la base es hidróxido de sodio acuoso. La tasa de aumento de la viscosidad se controla durante la reacción mediante el uso de un viscosímetro. Una vez que se ha alcanzado la viscosidad que se desea (aproximadamente de 5 cps a aproximadamente 6 cps), el pH de la mezcla de reacción se ajusta de aproximadamente 2 a aproximadamente 3,5 mediante el uso de ácido. En ciertas modalidades, el ácido que se usa es ácido sulfúrico. La velocidad de reacción depende de la temperatura, de la concentración total de polímero y aldehído, de la relación de aldehído a grupos funcionales amida/amino y del pH. Se esperan velocidades de reacción más altas cuando se incrementa la temperatura, la concentración total de polímero y aldehído, la relación de aldehído a grupos funcionales amida/amino, o el pH. Por ejemplo, un pH más alto produce un aumento más rápido de la viscosidad. Por lo tanto, la tasa de viscosidad se puede controlar al aumentar o disminuir el pH de la mezcla de reacción.
El aldehído que se usa para formar el polímero funcionalizado con aldehído puede ser cualquier aldehído adecuado. En ciertas modalidades, el aldehído que se usa para formar el polímero funcionalizado con aldehído se selecciona de formaldehído, paraformaldehído, glutaraldehído, glioxal, sus combinaciones y similares. En ciertas modalidades, el aldehído que se usa para formar el polímero funcionalizado con aldehído es glioxal. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído se forma al hacer reaccionar un polímero que comprende un grupo amino, un grupo amida o grupos amino y amida con un aldehído. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído que comprende un grupo amino, un grupo amida o grupos amino y amida se forma al hacer reaccionar un polímero con dos aldehídos diferentes. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído que comprende un grupo amino, un grupo amida o grupos amino y amida se forma al hacer reaccionar un polímero con tres o más aldehídos diferentes.
El polímero que comprende grupos amino y/o amida se puede preparar mediante cualquier método de polimerización adecuado. En ciertas modalidades, el polímero que comprende grupos amino y/o amida se sintetiza mediante el uso de métodos de polimerización de agua en aceite (es decir, emulsión), polimerización en dispersión, polimerización en gel o polimerización en solución. En ciertas modalidades, las poliaminas y las poliamidas se preparan al copolimerizar monómeros bajo condiciones de formación de radicales libres mediante el uso de cualquiera de las técnicas antes mencionadas. Las poliaminas también se pueden preparar mediante la modificación de una poliamida preformada, por ejemplo mediante la hidrólisis del copolímero de acrilamida-vinilformamida mediante el uso de ácido o base como se describe en la Patente de los Estados Unidos Núm. 6,610,209 y 6,426,383. Las poliaminoamidas también se pueden preparar por amidación directa de ácidos polialquilcarboxílicos y transamidación de copolímeros que contienen unidades de ácido carboxílico y (met)acrilamida como se describe en la Patente de los Estados Unidos Núm. 4,919,821.
En ciertas modalidades, las condiciones de reacción de polimerización y/o pospolimerización se seleccionan de manera que el polímero resultante que comprende grupos amino y/o amida tenga un peso molecular de aproximadamente 1000 g/mol a aproximadamente 10000000 g/mol. Por tanto, en ciertas modalidades, el polímero resultante que comprende grupos amino y/o amida tiene un peso molecular de aproximadamente 1000 g/mol a aproximadamente 10 000 000 g/mol, de aproximadamente 1000 g/mol a aproximadamente 1000 000 g/mol, de aproximadamente 1000 g/mol a aproximadamente 100 000 g/mol, de aproximadamente 1000 g/mol a aproximadamente 10 000 g/mol, de aproximadamente 2000 g/mol a aproximadamente 1 000 000 g/mol, de aproximadamente 2000 g/mol a aproximadamente 100 000 g/mol, de aproximadamente 2000 g/mol a aproximadamente 100 000 g/mol, de aproximadamente 2000 g/mol a aproximadamente 10 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 10 000 000 g/mol, de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 1000000 g/mol, o de aproximadamente 10000 g/mol a aproximadamente 100000 g/mol.
El monómero o los monómeros que se usan para formar el polímero que comprende grupos amino, grupos amida o grupos amino y amida pueden ser no iónicos, aniónicos, o catiónicos. El polímero que comprende grupos amino, grupos amida, o grupos amino y amida puede ser un copolímero, terpolímero, cuaterpolímero, etc.
Los monómeros no iónicos solubles en agua representativos incluyen acrilamida, metacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, N,N-dietilacrilamida, N-isopropilacrilamida, N-vinilformamida, N-vinilmetilacetamida, N-vinilpirrolidona, metacrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo, metacrilato de hidroxipropilo, N-ferc-butilacrilamida, N-metilolacrilamida, dialilamina, alilamina y similares.
Los monómeros aniónicos representativos incluyen ácido acrílico y sus sales, que incluyen, pero no se limitan a, acrilato de sodio y acrilato de amonio, ácido metacrílico, y sus sales, que incluyen, pero no se limitan a, metacrilato de sodio, y metacrilato de amonio, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, la sal sódica de AMPS, el vinilsulfonato de sodio, el sulfonato de estireno, el ácido maleico, y sus sales, que incluyen pero no se limitan a, la sal sódica y la sal amónica, el itaconato de sulfonato, el acrilato o metacrilato de sulfopropilo u otras formas solubles en agua de estos u otros ácidos carboxílicos o sulfónicos polimerizables. Acrilamida sulfometilada, alil sulfonato, vinil sulfonato de sodio, ácido itacónico, ácido acrilamidometilbutanoico, ácido fumárico, ácido vinilfosfónico, ácido vinilsulfónico, ácido alilfosfónico, acrilamida sulfometilada, acrilamida fosfonometilada y similares.
Los monómeros catiónicos representativos incluyen acrilatos y metacrilatos de dialquilaminoalquilo y sus sales cuaternarias o de ácido, que incluyen, pero no se limitan a, sal cuaternaria de cloruro de metilo de acrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de sulfato de metilo de acrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de cloruro de 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 cloruro de metilo de acrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de cloruro de bencilo de acrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de cloruro de metilo de metacrilato de dimetilaminoetilo, sal cuaternaria de cloruro de bencilo de metacrilato de dimetilaminoetilo, cloruro de metacrilamidopropiltrimetilamonio, sal cuaternaria de sulfato de metilo de dimetilaminopropil acrilamida, sal de ácido sulfúrico de dimetilaminopropil acrilamida, sal de ácido clorhídrico de dimetilaminopropil acrilamida, 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, cloruro de dialildimetilamonio y similares.
Los monómeros zwitteriónicos representativos incluyen N,N-dimetil-N-acriloiloxietil-N-(3-sulfopropil)-amonio betaína, N,N-dimetil-N-acrilamidopropil-N-(2-carboximetil)-amonio betaína, N,N-dimetil-N-acrilamidopropil-N-(3-sulfopropil)-amonio betaína, N,N-dimetil-N-acrilamidopropil-N-(2-carboximetil)-amonio betaína, 2-(metiltio)etil metacriloil-S-(sulfopropil)-sulfonio betaína, 2-[(2-acriloiletil)dimetilamonio]etil 2-metil fosfato, 2-(acriloiloxietil)-2'-(trimetilamonio)etil fosfato, ácido [(2-acriloiletil)dimetilamonio]metil fosfónico, 2-metacriloiloxietil fosforilcolina (MPC), 2-[(3-acrilamidopropil)dimetilamonio]etil 2'-isopropil fosfato (AAPI), hidróxido de 1-vinil-3-(3-sulfopropil)imidazolio, cloruro de (2-acriloxietil)carboximetilmetilsulfonio, 1-(3-sulfopropil)-2-vinilpiridinio betaína, N-(4-sulfobutil)-N-metil-N,N-dialilamina amonio betaína (MDABS), N,N-dialil-N-metil-N-(2-sulfoetil)amonio betaína y similares.
En ciertas modalidades, el polímero que comprende grupos amino, grupos amida o grupos amino y amida se forma mediante el uso de al menos un monómero vinílico. En ciertas modalidades, el monómero vinílico es un monómero acrílico. En ciertas modalidades, el polímero que comprende grupos amino, grupos amida o grupos amino y amida comprende un monómero de acrilamida o un monómero de metacrilamida. En ciertas modalidades, el polímero que comprende grupos amino, grupos amida o grupos amino y amida comprende un monómero de acrilamida.
El polímero que comprende un grupo amino, un grupo amida o grupos amino y amida y el polímero funcionalizado con aldehído puede ser un polímero lineal, ramificado, en estrella, de bloques, de injerto o desdrimérico. Cualquiera de los polímeros se pueden modificar estructuralmente mediante el uso de un modificador estructural tal como un agente de reticulación o un agente de transferencia de cadena.
Los agentes reticulantes representativos incluyen N,N -metilenbisacrilamida, N,N -metilenbismetacrilamida, trialilamina, sales de trialil amonio, dimetacrilato de etilenglicol, dimetacrilato de dietilenglicol, diacrilato de polietilenglicol, dimetilacrilato de trietilenglicol, dimetacrilato de polietilenglicol, N-vinilacrilamida, N-metilalilacrilamida, acrilato de glicidilo, acroleína, glioxal y viniltrietoxisilanos tales como viniltrimetoxisilano (VTMS), viniltrietoxisilano, viniltris(P-metoxietoxi)silano, viniltriacetoxisilano, aliltrimetoxisilano, aliltriacetoxisilano, vinilmetildimetoxisilano, vinildimetoxietoxisilano, vinilmetildiacetoxisilano, vinildimetilacetoxisilano, vinilisobutildimetoxisilano, viniltriisopropoxisilano, viniltri-n-butoxisilano, viniltrisecbutoxisilano, viniltrihexiloxisilano, viniltrimetoxisilano, vinilmetoxidihexiloxisilano, vinildimetoxiocotiloxisilano, vinilmetoxidiotiloxisilano, viniltriotiloxisilano, vinilmetoxidilauriloxisilano, vinildimetoxi lauriloxisilano, vinilmetoxidioleoiloxisilano, vinildimetoxioleoiloxisilano, y similares.
Los agentes de transferencia de cadena representativos incluyen alcoholes tales como metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, alcohol butílico, y glicerol, y similares, compuestos de azufre tales como alquiltioles, tioureas, sulfitos, y disulfuros, ácidos carboxílicos tales como ácido fórmico y málico, y sus sales y fosfitos tales como hipofosfito de sodio, y sus combinaciones. Ver Berger y otros, "Transfer Constants to Monomer, Polymer, Catalyst, Solvent, and Additive in Free Radical Polymerization", Sección II, págs. 81-151, en "Polymer Handbook", editado por J. Brandrup y EH Immergut, 3d edición, John Wiley & Sons, Nueva York (1989) y George Odian, Principles of Polymerization, segunda edición, John Wiley & Sons, Nueva York (1981).
En ciertas modalidades, los grupos amino, los grupos amida, o la combinación de los grupos amino y amida de los mismos monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de al menos aproximadamente 3 a 1 y los polímeros funcionalizados con aldehido tienen un peso molecular promedio de desde aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 300000 g/mol.
En ciertas modalidades, los grupos amino, los grupos amida o la combinación de los grupos amino y amida de los mismos monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de al menos aproximadamente 3 a 1 y los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 100000 g/mol.
En ciertas modalidades, los grupos amino, los grupos amida o la combinación de los grupos amino y amida de los mismos monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de al menos aproximadamente 4 a 1 y los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de aproximadamente 10 000 g/mol a aproximadamente 100000 g/mol.
En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído es una poliamida funcionalizada con aldehído. En ciertas modalidades, la poliamida funcionalizada con aldehído es un polímero funcionalizado con aldehído que comprende 100 por ciento en moles de uno o más monómeros no iónicos.
En ciertas modalidades, la poliamida funcionalizada con aldehído es un copolímero funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 por ciento en moles de uno o más monómeros aniónicos y de aproximadamente 99 a aproximadamente 50 por ciento en moles de uno o más monómeros no iónicos. En ciertas modalidades, la poliamida funcionalizada con aldehído es un copolímero funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 1 a aproximadamente 30 por ciento en moles de uno o más monómeros aniónicos y de aproximadamente 99 a aproximadamente 70 por ciento en moles de uno o más monómeros no iónicos.
En ciertas modalidades, la poliamida funcionalizada con aldehído es un copolímero funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 5 a aproximadamente 99 por ciento en moles de uno o más monómeros de acrilamida y de aproximadamente 95 por ciento en moles a aproximadamente 1 por ciento en moles de uno o más catiónicos, aniónicos o zwitteriónicos. monómeros, o una mezcla de los mismos. En ciertas realizaciones, la poliamida funcionalizada con aldehído es un copolímero funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 1 a aproximadamente 99 por ciento en moles de uno o más monómeros de acrilamida y de aproximadamente 99 por ciento en moles a aproximadamente 1 por ciento en moles de uno o más monómeros catiónicos, aniónicos o zwitteriónicos, o sus mezclas.
En ciertas modalidades, el copolímero funcionalizado con aldehído es un polímero anfótero funcionalizado con aldehído que comprende hasta aproximadamente el 40 por ciento en moles de uno o más monómeros catiónicos y hasta aproximadamente el 20 por ciento en moles de uno o más monómeros aniónicos.
En ciertas modalidades, en donde el copolímero funcionalizado con aldehído es un polímero anfótero funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 por ciento en moles de uno o más monómeros catiónicos y de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 4 por ciento en moles de uno o más monómeros aniónicos.
En ciertas modalidades, la poliamida funcionalizada con aldehído es un copolímero funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 50 a aproximadamente 99 por ciento en moles de uno o más monómeros de acrilamida y de aproximadamente 50 a aproximadamente 1 por ciento en moles de uno o más monómeros catiónicos. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído es un copolímero que comprende de aproximadamente 50 a aproximadamente 99 por ciento en moles de uno o más monómeros de acrilamida y de aproximadamente 50 a aproximadamente 1 por ciento en moles de uno o más monómeros catiónicos en donde el copolímero está funcionalizado con glioxal.
En ciertas modalidades, el copolímero funcionalizado con aldehído es un polímero zwitteriónico funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 1 a aproximadamente 95 por ciento en moles de uno o más monómeros zwitteriónicos. En ciertas realizaciones, en las que el copolímero funcionalizado con aldehído es un polímero zwitteriónico funcionalizado con aldehído que comprende de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 por ciento en moles de uno o más monómeros zwitteriónicos.
En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído comprende monómeros DADMAC. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído es un polímero de DADMAC/acrilamida glioxalado.
Una ventaja de la presente invención es que la composición tiene una mayor vida útil. Por ejemplo, se encontró que la vida útil aumentaba cuando la viscosidad del polímero funcionalizado con aldehído era inferior a 40 cps. La estabilidad de almacenamiento del producto puede depender de la temperatura de almacenamiento, la viscosidad del producto, la cantidad total de amida/amina reaccionada, la concentración total de polímero y aldehído, la relación de grupos funcionales aldehído a amida/amina, y el pH. En ciertas modalidades, el pH del producto se mantiene a un pH bajo (2 a 3,5) y la concentración total de polímero y aldehído se optimiza para prolongar la estabilidad de almacenamiento. Como se muestra en la figura 7, cuando los polímeros de bajo peso funcionalizados con aldehído (por ejemplo, MW= 68 000 g/mol) se compararon con los correspondientes polímeros funcionalizados con aldehido de alto peso molecular (por ejemplo, PM = 1500000 g/mol), los polímeros de bajo peso tenían una estabilidad de almacenamiento mucho mayor.
En otra modalidad, la invención proporciona un método para mejorar la resistencia y la deshidratación de la sección de prensa de una lámina de papel en una máquina papelera. El método comprende añadir a la lámina de papel de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 20 lb/ton, en base a fibra seca, de una composición que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino, grupos amida o una combinación de amino y amida de los mismos, en donde (i) al menos aproximadamente el 15 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida, o tanto los grupos amino como amida están funcionalizados con uno o más aldehídos, (ii) los grupos amino, grupos amida, o tanto los grupos amino o como amida monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de al menos aproximadamente 1,5 a 1, y (iii) los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de aproximadamente 10000 g/mol a aproximadamente 300000 g/mol.
La cantidad de polímero funcionalizado con aldehído que se añade a la lámina de papel no está limitada. En ciertas modalidades, se añade a la lámina de papel una composición que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído desde aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 20 lb/ton, en base a fibra seca. Por tanto, en ciertas modalidades, se añade a la hoja de papel una composición que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 20 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 18 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 15 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 12 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 10 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 8 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 6 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 4 lb/ton, de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 3 lb/ton, de aproximadamente 0,15 lb/ton a aproximadamente 2 lb/ton, de aproximadamente 1 lb/ton a aproximadamente 20 lb/ton, de aproximadamente 1 lb/ton a aproximadamente 18 lb/ton, de aproximadamente 1 lb/ton a aproximadamente 15 lb/ton, de aproximadamente 2 lb/ton a aproximadamente 20 lb/ton, de aproximadamente 2 lb/ton a aproximadamente 18 lb/ton, de aproximadamente 2 lb/ton a aproximadamente 15 lb/ton, de aproximadamente 5 lb/ton a aproximadamente 15 lb/ton, de aproximadamente 1 lb/ton a aproximadamente 10 lb/ton, de aproximadamente 1 lb/ton a aproximadamente 5 lb/ton, o de aproximadamente 5 lb/ton a aproximadamente 10 lb/ton. En ciertas modalidades, se añade a la hoja de papel una composición que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído de aproximadamente 0,05 lb/ton a aproximadamente 3 lb/ton.
El polímero funcionalizado con aldehído se puede añadir al sistema de fabricación de papel en cualquier forma, pero comúnmente se añade como una solución que comprende aldehído sin reaccionar. La solución que comprende polímero funcionalizado con aldehído puede comprender aldehído sin reaccionar en cualquier cantidad adecuada. En ciertas modalidades, la solución que comprende polímero funcionalizado con aldehído comprende aldehído sin reaccionar en una cantidad de aproximadamente 40 % a aproximadamente 95 %, de aproximadamente 40 % a aproximadamente 90 %, de aproximadamente 40 % a aproximadamente 85 %, de aproximadamente 40 % a aproximadamente 80%, de aproximadamente 40 % a aproximadamente 75 %, de aproximadamente 40 % a aproximadamente 70 %, de aproximadamente 40 % a aproximadamente 65 %, de aproximadamente 40 % a aproximadamente 60 %, de aproximadamente 45 % a aproximadamente 95 %, de aproximadamente 50 % a aproximadamente 95 %, de aproximadamente 55 % a aproximadamente 95 %, de aproximadamente 60 % a aproximadamente 95 %, de aproximadamente 65 % a aproximadamente 95 %, de aproximadamente 70 % a aproximadamente 95 %, de aproximadamente 75 % a aproximadamente 95 %, o de aproximadamente 80 % a aproximadamente 95 %. En ciertas modalidades, la solución que comprende polímero funcionalizado con aldehído comprende aldehído sin reaccionar en una cantidad de aproximadamente 60 % a aproximadamente 95 %.
En ciertas modalidades, la invención proporciona una lámina de papel que se produce de acuerdo con uno de los métodos mencionados anteriormente.
En ciertas modalidades, se añade un polímero funcionalizado con aldehído a un sistema de fabricación de papel como una solución acuosa. En ciertas modalidades, se añade un polímero funcionalizado con aldehído a un sistema de fabricación de papel como una solución en un cosolvente miscible con agua. En ciertas modalidades, el polímero funcionalizado con aldehído se pulveriza sobre la lámina de papel antes de la deshidratación de la prensa.
La composición y el método de la presente invención se pueden usar en cualquier proceso de fabricación de papel, incluso en un método para fabricar productos de papel a partir de pulpa que comprende un suministro para fabricar papel que forma una celulosa acuosa, drenar la materia prima para formar una lámina y secar la lámina. Las etapas de formación del suministro para la fabricación de papel, drenado y secado se pueden llevar a cabo de cualquier manera convencional generalmente conocida por los expertos en la técnica. Se pueden usar micropartículas convencionales, el alumbre, el almidón catiónico o una combinación de los mismos como complementos del tratamiento con polímeros de esta invención, aunque se debe enfatizar que no se requiere ningún complemento para una actividad deshidratante efectiva.
Los polímeros funcionalizados con aldehido de la presente invención se pueden añadir en ubicaciones tradicionales del extremo húmedo que se usan para los aditivos convencionales del extremo húmedo. Estos incluyen material fino o material grueso. La ubicación real del extremo húmedo no se considera crítica. Debido a que se cree que los polímeros funcionalizados con aldehído actúan como auxiliares de prensado, no es necesaria su adición al extremo húmedo, y también se puede practicar la opción de añadirlos justo antes de la sección de prensado después de la formación de la lámina. Por ejemplo, el polímero se puede pulverizar (por ejemplo, mediante el uso de una barra de ducha) sobre la banda húmeda antes de ingresar a la sección de prensa, y este puede ser un modo de adición preferido para reducir las dosis o los efectos de las interferencias que pueden ocurrir en el extremo húmedo. Se pueden usar otros aditivos húmedos tradicionales en combinación con los polímeros funcionalizados con aldehído. Estos incluyen auxiliares de retención, aditivos de resistencia tales como almidones, agentes de encolado y similares.
Cuando se usan polímeros funcionalizados con aldehído como se describe en la presente descripción tienen carga aniónica neta, puede ser necesario un método para fijar el polímero a la fibra. Esta fijación se logra típicamente mediante el uso de materiales catiónicos junto con los polímeros. Estos materiales catiónicos suelen ser coagulantes, ya sean inorgánicos (por ejemplo, alumbre, cloruros de polialuminio, cloruro o sulfato de hierro, y cualquier otra sal hidrolizante catiónica) u orgánicos (por ejemplo, p-DADMACs, EPI/DMAs, PEls, PEls modificado o cualquier otro polímero de peso molecular bajo o medio y alta densidad de carga). Además, los materiales catiónicos que se añaden para otros fines, como almidón, resistencia en húmedo o aditivos de retención, también pueden servir para fijar el polímero aniónico. Por lo general, no se necesitan aditivos adicionales para fijar los polímeros catiónicos funcionalizados con aldehído a la carga.
Los polímeros funcionalizados con aldehído son útiles para deshidratar todos los grados de papel y cartón. En ciertas modalidades, los polímeros funcionalizados con aldehído se usan para preparar grados de cartón reciclado mediante el uso de OCC (contenedores corrugados viejos), con o sin residuos mixtos. En ciertas otras modalidades, los polímeros funcionalizados con aldehído se usan para preparar papel virgen, reciclado, mecánico, químico, blanqueado o sin blanquear.
En ciertas modalidades, una composición que comprende un polímero funcionalizado con aldehído comprende además un almidón catiónico.
Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la invención, pero, por supuesto, no se deben interpretar como limitantes de su alcance de ninguna manera.
Ejemplo 1
Este ejemplo ilustra la reacción de glioxalación de un copolímero de acrilamida/DADMAC con glioxal para formar GPAM 1.
Síntesis de GPAM 1. A un matraz de reacción de 2000 ml equipado con un agitador mecánico, termopar, condensador, puerto de adición y válvula de muestreo en el fondo del reactor, se añadieron 307,62 g de una solución acuosa al 41 % de 95/5 % en mole de copolímero de acrilamida/DADMAC y 1470,42 g de agua desionizada o blanda. La solución de polímero se agitó a 400 rpm. El pH de la solución se ajustó a 8,8 a 9,1 mediante la adición de 6,6 g de solución acuosa de hidróxido de sodio al 50 %. La temperatura de reacción se fijó entre 24 y 26 °C. Se añadió glioxal (184,72 g de una solución acuosa al 40 %) a la mezcla de reacción durante 20 a 30 minutos. La viscosidad Brookfield (Viscosímetro programable Brookfield LVDV-II+, Nivel # 1 husillo a 60 rpm, Brookfield Engineering Laboratories, Inc, Middleboro, MA) de la mezcla de reacción fue de aproximadamente 4 a 5 cps después de la adición de glioxal. El pH de la mezcla de reacción se ajustó de 7,5 a 8,8 mediante el uso de hidróxido de sodio acuoso al 10 % (23 g) que se añade durante 20 a 30 minutos. La viscosidad Brookfield de la mezcla de reacción fue de aproximadamente 4 a 5 cps después de la adición de hidróxido de sodio. El pH de la mezcla de reacción se mantuvo en aproximadamente 7 a 9 a aproximadamente 24 a 26 °C con una buena mezcla.
Se monitoreó la viscosidad de Brookfield y al lograr el aumento de viscosidad que se desea mayor o igual a 1 cps (5 cps o más) se disminuyó el pH de la mezcla de reacción a 2 a 3,5 al añadir ácido sulfúrico (93 %) para disminuir sustancialmente la velocidad de reacción. El producto era un fluido claro a turbio, de incoloro a ámbar, con una viscosidad Brookfield superior o igual a 5 cps. El análisis C13 NMR de las muestras preparadas indicó que aproximadamente el 75-85 % del glioxal no reaccionó y del 15 al 30 por ciento en moles de las unidades de acrilamida reaccionaron con el glioxal. Esta glioxalación dio como resultado la formación de GPAM 1, que tenía una relación molar de glioxal a acrilamida de 0,8 a 1 y 10 % de activos totales (glioxal total y polímero).
Ejemplo 2
Este ejemplo proporciona datos de caracterización para una poliamida glioxalada de acuerdo con la presente invención (GPAM 1) y poliamidas glioxaladas de mayor peso molecular (GPAM 2-4). GPAM 2 es la poliamida glioxalada correspondiente a GPAM 1, pero de mayor peso molecular. Ambos GPAM 1 y 2 fueron preparados por los Solicitantes. Los GPAM 3 y 4 se adquirieron comercialmente.
Tabla 1
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Ejemplo 3
Este ejemplo ilustra la resistencia STFI del papel que se produce en un laboratorio mediante el uso de un polímero funcionalizado con aldehído de acuerdo con una modalidad de la invención.
La resistencia STFI del papel que se produce mediante el uso de GPAM 1 y GPAM 2 del Ejemplo 2 se determinó de acuerdo con el Método TAPPI T826. La Figura 1 ilustra la relación STFI del papel por dosificación de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC de bajo peso molecular (GPAM 1) y un copolímero de acrilamida/DADMAC de alto peso molecular (GPAM 2) en un experimento de laboratorio.
El gráfico demuestra que la resistencia STFI del papel que se fabrica en laboratorio con GPAM 1 es ligeramente inferior a la resistencia STFI del papel que se fabrica en laboratorio con GPAM 2.
Ejemplo 4
Este ejemplo ilustra las propiedades deshidratantes del papel que se produce mediante el uso de un polímero funcionalizado con aldehído de acuerdo con una modalidad de la invención.
Los efectos de deshidratación de los polímeros GPAM 1 y 3 de DADMAC/acrilamida glioxalados se evaluaron a través de ensayos en máquinas papeleras como se muestra en la Figura 2. El rendimiento relativo de GPAM 1 se comparó con GPAM 3. Las pruebas se llevan a cabo en una máquina de papel Fourdrinier de doble caja de cabezal que usa 100 % de suministro de OCC para la fabricación de cartón de revestimiento reciclado y semiquímico para ondular. Las condiciones reales de la máquina de papel variaban en dependencia del grado específico de cartón que se fabrica. En todos los casos, se usa un programa de retención de cloruro de polialuminio que alimenta al material grueso y un floculante catiónico que alimenta al material fino. Para los grados de cartón de revestimiento, también está presente el apresto ASA que se alimenta al material delgado. Los polímeros de acrilamida glioxalados se aplican a través de un brazo de pulverización en la parte inferior de la capa superior antes de engranar con la capa inferior, aunque ensayos anteriores demostraron que el efecto de deshidratación también se puede lograr mediante la adición de material grueso o delgado en el extremo húmedo.
El efecto de deshidratación de los polímeros se evalúa sobre la base de los cambios de presión de vapor en la sección de secado de la máquina que se proporcionan a través del sistema informático DCS (sistema de control distributivo) de las papeleras. La humedad de la lámina en el carrete se mide en línea y se mantiene mediante el ajuste de la presión del vapor (una medida del uso de vapor o consumo de energía). La menor humedad de la hoja en el carrete refleja una menor humedad de la lámina que ingresa a la sección de secado o, de manera equivalente, una mejor deshidratación a través de las secciones de la máquina que preceden a la sección de secado. La menor demanda de vapor, medida por la presión, refleja una mejor deshidratación. Si la presión del vapor en estas secciones cae a un nivel en el que el operador se siente cómodo de poder manejar las oscilaciones normales en la demanda de vapor, aumentará la velocidad de la máquina manualmente. Cuando se realizan cambios en el tipo o la dosis de polímero, se sigue de cerca la presión de vapor de una de las secciones de vapor para ver si se produce algún cambio, y se presta la debida consideración a los cambios en las velocidades de producción cuando se producen.
La Figura 2 demuestra que el papel que se produce mediante el uso de un polímero funcionalizado con aldehído de una modalidad de la presente invención (por ejemplo, GPAM 1) aumenta la deshidratación durante el proceso de fabricación de papel.
Ejemplo 5
Este ejemplo ilustra la cantidad de agua extraída del fieltro de prensa para un proceso que usa un polímero funcionalizado con aldehído de acuerdo con una modalidad de la invención.
GPAM 1 y GPAM 3 del Ejemplo 2 se introdujeron en una suspensión de un proceso de fabricación de papel para evaluar el impacto en el flujo del vertedero. El proceso de fabricación de papel fue como se describe en el Ejemplo 4.
Durante la prueba, GPAM 3 fue sustituido por GPAM 1. Se midió el flujo del vertedero del papel resultante para determinar la cantidad de agua que se eliminaba del fieltro de prensa.
La Figura 3 ilustra el flujo del vertedero de papel que se fabrica con GPAM 1 y GPAM 3. El gráfico demuestra que la cantidad de agua que se elimina de la prensa aumentó cuando se cambió el aditivo de GPAM 3 a GPAM 1.
Ejemplo 6
Este ejemplo ilustra la resistencia en seco del papel que se produce mediante el uso de un polímero funcionalizado con aldehído de acuerdo con una modalidad de la invención.
Se introdujeron GPAM 1 y GPAM 3 del Ejemplo 2 en una suspensión de un proceso de fabricación de papel para evaluar el impacto sobre la resistencia en seco. El proceso de fabricación de papel fue como se describe en el Ejemplo 4. Durante la prueba, GPAM 3 fue sustituido por GPAM 1. La resistencia seca resultante se midió mediante el uso de una prueba Concora Crush de acuerdo con los protocolos TAPPI T824 (que mide el rendimiento de compresión de borde del medio acanalado que determina la contribución del medio a la resistencia a la compresión del recipiente completo).
La figura 4 ilustra la resistencia en seco del papel que se fabrica en una prueba de máquina de papel mediante el uso de GPAM 1 y GPAM 3. El gráfico demuestra que la resistencia en seco del papel aumentó cuando se cambió el aditivo de GPAM 3 a GPAM 1. Este resultado fue inesperado porque se observó que el papel que se prepara en un laboratorio mediante el uso de GPAM 1 tenía menor resistencia que el papel que se prepara en un laboratorio mediante el uso de un polímero con un peso molecular más alto (por ejemplo, GPAM 2 frente a GPAM 1 en el ejemplo 3).
Ejemplo 7
Este ejemplo ilustra la demanda de vapor del papel que se produce mediante el uso de un polímero funcionalizado con aldehído de acuerdo con una modalidad de la invención.
El efecto deshidratante de los polímeros de acrilamida/DADMAC glioxalados GPAM 1 y GPAM 3 se evaluó mediante ensayos en máquinas de papel. Durante la prueba, GPAM 3 fue sustituido por GPAM 1. El ensayo se llevó a cabo como se describe en el Ejemplo 4. El rendimiento relativo de GPAM 1 se comparó con GPAM 3.
La Figura 5 demuestra que el papel que se produce mediante el uso de un polímero funcionalizado con aldehído de una modalidad de la presente invención (por ejemplo, GPAM 1) aumentó la deshidratación durante el proceso de fabricación de papel.
Ejemplo 8
Este ejemplo ilustra la resistencia STFI del papel que se produce mediante el uso de un polímero funcionalizado con aldehído de acuerdo con una modalidad de la invención.
El ensayo se realizó como se describe en el Ejemplo 4. Durante la prueba, GPAM 3 fue sustituido por GPAM 1. La resistencia STFI del papel que se produce con GPAM 1 y GPAM 3 se determinó de acuerdo con el método TAPPI T826. La Figura 6 ilustra que el STFI del papel que se fabrica en una prueba de máquina de papel mediante el uso de un copolímero inventivo de acrilamida/DADMAC de bajo peso molecular (GPAM 1) es similar o mayor que el STFI del papel que se fabrica mediante el uso de un copolímero de acrilamida/DADMAC de alto peso molecular (GPAM 3). El gráfico demuestra que aunque GPAM 1 tiene un peso molecular mucho más bajo, la resistencia STFI del papel que se fabrica con GPAM 1 es similar o mayor que la resistencia STFI del papel que se fabrica con GPAM 3. Este resultado fue inesperado porque se observó que el papel que se prepara en un laboratorio mediante el uso de GPAM 1 tenía menor resistencia que el papel que se prepara en un laboratorio mediante el uso de un polímero con un peso molecular más alto (por ejemplo, GPAM 2 frente a GPAM 1 en el ejemplo 3).
Ejemplo 9
Este ejemplo ilustra la estabilidad de un polímero funcionalizado con aldehído de acuerdo con una modalidad de la invención.
La Figura 7 proporciona una ilustración de una curva de prueba de estabilidad (es decir, Viscosidad de Brookfield frente a días) para GPAM 1 y GPAM 2 que se mantienen en un baño de agua a 35 °C. El gráfico demuestra que GPAM 1 tenía mayor estabilidad que GPAM 2.
El uso de los términos "un" y "una" y "el" y "al menos uno" y referentes similares en el contexto de la descripción de la invención (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) se debe interpretar para recubrir tanto el singular como el plural, a menos que se indique de otra forma en la presente descripción o que el contexto lo contradiga claramente. El uso del término "al menos uno" seguido de una lista de uno o más incisos (por ejemplo, "al menos uno de A y B") se debe interpretar como un inciso que se selecciona de los incisos enumerados (A o B) o cualquier combinación de dos o más de los incisos enumerados (A y B), a menos que se indique lo contrario en la presente descripción o que el contexto lo contradiga claramente. Los términos "que comprende", "que tiene", "que incluye" y "que contiene" se deben interpretar como términos de extremo abierto (es decir, que significa "que incluye, pero no se limita a") a menos que se indique de cualquier otra manera. Todos los métodos descritos en la presente descripción se pueden realizar en cualquier orden adecuado a menos que se indique lo contrario en la presente descripción o que el contexto lo contradiga claramente de otro modo. El uso de todos y cada uno de los ejemplos, o lenguaje ilustrativo (por ejemplo, "tal como") proporcionado en la presente descripción, está destinado simplemente a clarificar mejor la invención y no supone una limitación en el alcance de la invención a menos que se reivindique lo contrario.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Una composición acuosa para tratar la resistencia y deshidratación de la sección de prensa de una lámina de papel que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino, grupos amida o una combinación de grupos amino y amida de los mismos, en donde (i) del 15 al 20 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida, o tanto los grupos amino como amida se funcionalizan con uno o más aldehídos, (ii) los grupos amino, grupos amida, o tanto los grupos amino como amida monorreaccionan y dirreaccionan a una relación de 4:1 a 20:1, y (iii) los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de 10000 g/mol a 100000 g/mol.
2. La composición de la reivindicación 1, en donde el aldehído se selecciona del grupo que consiste en formaldehído, paraformaldehído, glioxal, glutaraldehído y sus combinaciones.
3. La composición de la reivindicación 1 o 2, en donde el polímero funcionalizado con aldehído es una poliamida funcionalizada con aldehído.
4. La composición de la reivindicación 1, en donde el polímero funcionalizado con aldehído es un copolímero que comprende de 50 a 99 por ciento en moles de uno o más monómeros de acrilamida y de 50 a 1 por ciento en moles de uno o más monómeros catiónicos.
5. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el polímero funcionalizado con aldehído comprende al menos un monómero que se selecciona del grupo que consiste en acrilamida, metacrilamida, W,W-dimetilacrilamida, W,W-dietilacrilamida, W-isopropilacrilamida, W-vinilformamida, N-vinilmetilacetamida, W-vinilpirrolidona, metacrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo, metacrilato de hidroxipropilo, W-terc-butilacrilamida, W-metilolacrilamida, alilamina y dialilamina.
6. Un método para mejorar la resistencia y deshidratación de la sección de prensa de una lámina de papel en una máquina papelera que comprende añadir a la lámina de papel 25 mg/kg (0,05 lb/ton) a 10 g/kg (20 lb/ton), en base a fibra seca, de una composición acuosa que comprende uno o más polímeros funcionalizados con aldehído que comprenden grupos amino, grupos amida o una combinación de sus grupos amino y amida, en donde (i) de 15 a 20 por ciento en moles de los grupos amino, grupos amida, o tanto los grupos amino como amida están funcionalizados con uno o más aldehídos, (ii) los grupos amino, los grupos amida o tanto los grupos amino como amida monorreaccionan y dirreaccionan en una relación de 4:1 a 20:1, y (iii) los polímeros funcionalizados con aldehído tienen un peso molecular promedio de 10000 g/mol a 100000 g/mol.
7. El método de la reivindicación 6, en donde el aldehído se selecciona del grupo que consiste en formaldehído, paraformaldehído, glioxal, glutaraldehído y sus combinaciones.
8. El método de la reivindicación 6 o 7, en donde el polímero funcionalizado con aldehído es una poliamida funcionalizada con aldehído.
9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en donde el polímero funcionalizado con aldehído comprende al menos un monómero que se selecciona del grupo que consiste en acrilamida, metacrilamida, W,W-dimetilacrilamida, W,W-dietilacrilamida, N-isopropilacrilamida, W-vinilformamida, W-vinilmetilacetamida, W-vinilpirrolidona, metacrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxietilo, acrilato de hidroxipropilo, metacrilato de hidroxipropilo, W-ferc-butilacrilamida, W-metilolacrilamida, alilamina y dialilamina.
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