ES2955989T3 - Sistema y método de fabricación de papel, cartón o similar - Google Patents
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Abstract
Sistema de drenaje y deshidratación por prensa para la fabricación de papel, cartón o similares, que comprende (a) poliacrilamida anfótera, que es un copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida y entre un 1 y un 80% en moles de monómeros catiónicos y/o entre un 0,1 y un 70% en moles. -% de monómeros aniónicos, teniendo la poliacrilamida una viscosidad intrínseca en el intervalo de 6 - 38 dl/g, (b) micropartículas inorgánicas de material silíceo, tal como sílice coloidal o bentonita, y (c) un coagulante catiónico altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g y preferiblemente superior a 6 meq/g determinada a pH 6 y seleccionada entre coagulantes a base de aluminio, polímeros orgánicos y mezclas de los mismos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y método de fabricación de papel, cartón o similar
La presente invención se refiere a un sistema y a un método para la fabricación de papel o cartón, según las reivindicaciones independientes que se presentan a continuación.
El papel y el cartón se fabrican deshidratando una suspensión de pasta, formando una banda uniforme y secando la banda. Durante el proceso de fabricación del papel, se añaden comúnmente diversos productos químicos para aumentar la productividad y también mejorar las propiedades físicas del papel. Por ejemplo, se añaden coadyuvantes de retención/drenaje a la suspensión de pasta para aumentar la velocidad de deshidratación de la pasta. Normalmente, una de las etapas limitantes para lograr velocidades de producción más rápidas en la fabricación de papel o cartón es la deshidratación.
El documento US 2002/195218 describe un sistema de aditivos, que comprende un polímero soluble en agua y un sistema refloculante que comprende un material silíceo y un polímero aniónico. El sistema de aditivos presentado se utiliza para mejorar el drenaje de papel o cartón.
El documento EP 0608 986 describe un proceso para mejorar la retención en el proceso de fabricación de papel, donde se añade bentonita u otro material en forma de partículas aniónico a un pasta de fibras y posteriormente se añade un agente de retención polimérico. Se añade un agente coagulante catiónico a una suspensión que contiene cargas y fibras celulósicas.
El documento US 2010/300633 describe el uso de coadyuvantes de retención, tales como sulfato de aluminio o policloruro de aluminio, en la producción de un papel base para un papel de impresión revestido. El documento EP 1834040 describe sistemas de coadyuvantes de drenaje y retención que comprenden tres polímeros diferentes.
El documento US 2008/004405 describe un coadyuvante de retención que comprende un polímero catiónico soluble en agua y un polímero anfótero soluble en agua. Asimismo, el documento US 2012/325420 describe un proceso para producir papel que incluye el uso de un polímero anfótero.
A menudo también se introducen resinas resistentes al papel para aumentar la resistencia en seco y/o la resistencia en húmedo del papel o cartón producido. La poliacrilamida anfótera, que es un copolímero de acrilamida y monómeros que comprenden grupos aniónicos y catiónicos, se ha utilizado como agente de resistencia en seco en la industria papelera. Sin embargo, las poliacrilamidas anfóteras no son efectivas para mejorar el drenaje debido a las cargas aniónicas en el polímero.
Sería beneficioso desarrollar un programa químico que comprenda poliacrilamida anfótera de uso común para aumentar tanto la velocidad de drenaje como las propiedades de resistencia del papel.
Un objetivo de esta invención es minimizar o posiblemente incluso eliminar las desventajas existentes en la técnica anterior.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método simple y eficaz de fabricación de papel, cartón o similares con propiedades de drenaje mejorado y deshidratación por prensado y propiedades de resistencia en seco aumentadas, tales como resistencia a la rotura y/o resistencia a la prueba de compresión de tramo corto (SCT).
Para alcanzar, entre otros, los objetivos presentados anteriormente, la invención está caracterizada por lo que se presenta en las partes caracterizadoras de las reivindicaciones independientes adjuntas.
Algunas formas de realización preferibles de la invención se describirán en las reivindicaciones dependientes.
Las formas de realización y ventajas mencionadas en este texto se refieren, en su caso, tanto al sistema, al método así como a los usos de acuerdo con la invención, aunque no siempre se mencione específicamente.
Un sistema típico de drenaje y deshidratación por prensa según la presente invención para la fabricación de papel, cartón o similar comprende
(a) poliacrilamida anfótera, que es un copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida y entre un 3 y un 25 % en moles de monómeros catiónicos y entre un 0,5 y un 9 % en moles de monómeros aniónicos, teniendo la poliacrilamida una viscosidad intrínseca en el intervalo de 6-38 dl/g determinado en NaCl 1 M a 25 °C,
(b) micropartículas inorgánicas de material silíceo, tal como sílice coloidal o bentonita, y
(c) un coagulante catiónico a base de aluminio altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g y preferiblemente superior a 6 meq/g determinada por Mütek PCD a pH 6.
Un método típico según la invención para la fabricación de papel, cartón o similar comprende
- obtener una pasta de fibras que comprende fibras procedentes de material de fibras reciclado, pasta Kraft sin blanquear y/o pasta semiquímica sin blanquear, teniendo la pasta de fibras una conductividad de al menos 1 mS/cm,
- añadir a la pasta de fibras una solución acuosa de una poliacrilamida anfótera soluble en agua, que es un copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida y entre un 3 y un 25 % en moles de monómeros catiónicos y entre un 0,5 y un 9 % en moles de monómeros aniónicos, teniendo poliacrilamida una viscosidad intrínseca en el intervalo de 6-38 dl/g determinada en NaCl 1 M a 25 °C,
- añadir a la pasta de fibras micropartículas inorgánicas de material silíceo, tal como sílice coloidal o bentonita,
- añadir a la pasta de fibras o a un flujo acuoso a combinar con la pasta de fibras un coagulante catiónico a base de aluminio altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g y preferiblemente superior a 6 meq/g determinada por Mütek PCD a pH 6, y
- formar la pasta de fibras en una banda fibrosa.
En la presente invención se descubrió sorprendentemente que cuando se combina una poliacrilamida anfótera con micropartículas inorgánicas y un coagulante catiónico altamente cargado, se ha observado un efecto sinérgico inesperado y se mejoran tanto el drenaje como la deshidratación por prensado y las propiedades de resistencia del papel. Por consiguiente, la presente invención proporciona un sistema de 3 componentes para su uso en la fabricación de papel o cartón para aumentar las propiedades de resistencia del papel. El incremento típico en la resistencia a la rotura es del 3 al 20 %, calculado en relación con la resistencia a la rotura del papel correspondiente fabricado sin adición secuencial de poliacrilamida anfótera con micropartículas inorgánicas y un coagulante catiónico a base de aluminio altamente cargado. La adición de coagulante catiónico altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g medida a pH 6 y micropartículas inorgánicas al sistema de aditivo de papel a base de polímero anfótero también mejora la velocidad de drenaje y el contenido de sólidos después de la deshidratación por prensado.
El sistema según la invención es especialmente adecuado para su uso en el tratamiento de una pasta de fibras que comprende fibras procedentes de cartón ondulado viejas (OCC), fibras recicladas de residuos mixtos, pasta Kraft sin blanquear y/o pasta semiquímica sin blanquear. Normalmente, este tipo de fibras se utilizan para papeles de embalaje, que requieren drenaje, deshidratación y rendimiento de resistencia para la pasta de fibras.
La invención se basa en que antes de la deshidratación, la pasta de fibras se trata con la combinación de poliacrilamida anfótera, micropartículas de material inorgánico y un coagulante catiónico altamente cargado tal como coagulante a base de aluminio o coagulante a base de aluminio y polímeros orgánicos, cada uno de los cuales es preferiblemente añadido por separado a una pasta diluida de fibras. Se cree que el coagulante catiónico altamente cargado interactúa con los grupos aniónicos de la poliacrilamida anfótera, y las micropartículas inorgánicas con los grupos catiónicos de la poliacrilamida anfótera, y las cargas catiónicas del sistema floculan los componentes aniónicos de la pasta de fibras. Además de la capacidad de atrapar componentes cargados, la disposición 3D del presente sistema permite atrapar componentes neutros, tales como el almidón procedente de fibras recicladas.
La eliminación de agua en la fabricación de papel tiene varias etapas de proceso. La mayor parte del agua se elimina en la etapa de drenaje inicial mediante un rodillo o una cuchilla que se forma en la sección de rejilla, y luego el contenido seco se eleva aún más con cajas de succión más adelante en la sección de rejilla. A la sección de rejilla le sigue la sección de prensa, donde el agua se transfiere de la banda al fieltro en un golpe de prensa. Una floculación eficiente mejora el drenaje inicial, pero no necesariamente conduce a una buena deshidratación de la caja de succión o de la prensa. Un tamaño de flóculo demasiado grande puede ralentizar aún más la deshidratación y el secado del papel en la prensa, aumentar el consumo general de vapor y provocar problemas de formación o irregularidades, o incluso picaduras en el papel. El sistema de 3 componentes según la presente invención proporciona un tamaño de flóculo moderado, logrando así tanto un buen drenaje y una buena deshidratación en la prensa. Normalmente, una dosis alta de polímeros de retención de alto peso molecular convencionales generará flóculos tan grandes que contienen una cantidad significativa de agua. Esto no es beneficioso para el drenaje en la prensa. El sistema de 3 componentes según la presente invención con tamaño de flóculo controlado puede mejorar el contenido de sólidos después del prensado.
Además, el beneficio de un sistema de 3 componentes según la presente invención es especialmente la capacidad del sistema para reflocular después de aplicar posibles fuerzas de cizalladura.
El sistema de drenaje y deshidratación por prensa según la presente invención para la fabricación de papel, cartón o similares comprende poliacrilamida anfótera, que es un copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida y 3-25 % en moles de monómeros catiónicos y 0,5-9 % en moles de monómeros aniónicos. En el contexto de la presente solicitud, el término "poliacrilamida anfótera" se refiere a una poliacrilamida en la que están presentes tanto grupos catiónicos como aniónicos en una solución acuosa a pH 7. Según una forma de realización de la invención, el polímero anfótero se obtiene mediante polimerización de monómeros catiónicos, aniónicos y no iónicos. Preferiblemente, la poliacrilamida anfótera se obtiene mediante copolimerización de acrilamida junto con monómeros tanto aniónicos como catiónicos. Se cree que debido a la presencia de cargas tanto aniónicas como catiónicas, los polímeros anfóteros son capaces de formar bucles en la suspensión de fibras para la fabricación de papel, especialmente en pH neutro
para la fabricación de papel, evitando así una floculación demasiado extensa que podría estropear la formación o la deshidratación por prensa de la banda formada.
La poliacrilamida anfótera es soluble en agua cuando se mezcla y se disuelve en agua. Por el término "soluble en agua" se entiende en el contexto de la presente solicitud que la poliacrilamida anfótera es totalmente miscible con agua. Cuando se mezcla con un exceso de agua, la poliacrilamida anfótera se disuelve preferiblemente de forma completa y la solución polimérica obtenida está preferiblemente esencialmente libre de partículas o gránulos discretos de polímero.
Según una forma de realización preferible de la presente invención, la poliacrilamida anfótera tiene una viscosidad intrínseca en el intervalo de 6-38 dl/g, preferiblemente 6-20 dl/g, y más preferiblemente 7-15 dl/g. La viscosidad intrínseca de la poliacrilamida se determinó de manera conocida en NaCl 1 M a 25 °C usando un viscosímetro capilar Ubbelohde, y el pH de la solución de polímero para la determinación de la viscosidad capilar se ajustó a 2,7. La viscosidad intrínseca de la poliacrilamida anfótera disuelta es comparable a su peso molecular medio. Para obtener el efecto deseado en el producto de papel o cartón, la composición polimérica tiene preferiblemente un peso molecular dentro de ciertos límites, que pueden definirse por la viscosidad de la composición polimérica disuelta.
Según una forma de realización preferible, la poliacrilamida anfótera tiene una carga neta catiónica, determinada mediante Mütek PCD a pH 2,7. Esto significa que la carga neta de la poliacrilamida anfótera sigue siendo catiónica, es decir positiva, incluso si la poliacrilamida contiene grupos aniónicos. La carga neta catiónica mejora la interacción de la poliacrilamida anfótera con las fibras. La carga neta de la poliacrilamida anfótera se calcula como la suma de las cargas de los grupos catiónicos y aniónicos presentes. La densidad de carga catiónica de la poliacrilamida anfótera puede estar en el intervalo de 0,35-3 meq/g, preferiblemente 0,5-2 meq/g, y más preferiblemente 0,6-1,6 meq/g, determinada por Mütek PCD a pH 2,7.
Según la invención, la poliacrilamida anfótera es el copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida y 3-25 % en moles, preferiblemente 4-17 % en moles, más preferiblemente 5-12 % en moles de monómeros catiónicos y 0,5-9 % en moles, preferiblemente 0,1-8 % en moles de monómeros aniónicos. Se ha observado que cuando la cantidad de monómeros catiónicos que se polimerizan es como máximo 25 % en moles, tal como 3-25 % en moles, preferiblemente 4-17 % en moles, más preferiblemente 5-12 % en moles, la floculación por la poliacrilamida anfótera no sólo avanza una vez a través de cargas catiónicas, sino que también reactiva la floculación entre grupos catiónicos y aniónicos después de romper los flóculos en fuerzas de cizalladura causadas por varios etapas del proceso, y la cantidad de monómeros catiónicos es suficiente para promover el drenaje, mejorando así aún más el rendimiento de drenaje y deshidratación por prensa del sistema de 3 componentes.
La poliacrilamida anfótera puede tener una ionicidad total de 4-26 % en moles. Según una forma de realización preferible, la ionicidad total de la poliacrilamida anfótera está en el intervalo de 4-18 % en moles, preferiblemente 5 13 % en moles, más preferiblemente 6-12 % en moles, incluso más preferiblemente 6-10 % en moles. La ionicidad total incluye todos los grupos que tienen carga iónica en la poliacrilamida anfótera, originándose la mayoría de los grupos cargados a partir de los monómeros iónicos, pero incluyendo también otros grupos cargados que se originan a partir de agentes de terminación de cadena o similares. Se ha observado que la ionicidad total del polímero de como máximo 18 % en moles es beneficiosa, especialmente cuando la viscosidad intrínseca es de 6-38 dl/g o preferiblemente de 6-20 dl/g. Una ionicidad más alta, especialmente una cationicidad, podría causar una sobrecationización cuando el producto polimérico se usa en dosis mayores. La sobrecationización por el sistema de retención puede causar problemas de depósitos y problemas de formación de espuma.
Los monómeros catiónicos se pueden seleccionar de acrilato de 2-(dimetilamino)etilo (ADAM), cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-CI), acrilato de 2-(dimetilamino)etilo cloruro de bencilo, acrilato de 2-(dimetilamino)etilo dimetilsulfato, metacrilato de 2-dimetilaminoetilo (MADAM), cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio (MADAM-Cl), metacrilato de 2-dimetilaminoetilo dimetilsulfato, cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC), cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) y cualquiera de sus mezclas. Preferiblemente, los monómeros catiónicos se pueden seleccionar de cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-CI), cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC) y cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC). Más preferentemente, el monómero catiónico es cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl).
Los monómeros aniónicos pueden seleccionarse de ácidos mono o dicarboxílicos insaturados, tales como ácido acrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido aconítico, ácido mesacónico, ácido citracónico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido angélico o ácido tíglico. Preferiblemente los grupos aniónicos proceden del ácido acrílico.
Según una forma de realización de la invención, la poliacrilamida anfótera se obtiene mediante polimerización en gel de una mezcla de reacción que comprende los monómeros necesarios en un medio de polimerización. El contenido de monómero en la mezcla de reacción al comienzo de la polimerización puede ser de al menos un 20 % en peso. En la polimerización en gel, el contenido de disolvente no acuoso en la mezcla de reacción es preferiblemente menos del 10 % en peso, preferiblemente menos del 5 % en peso, más preferiblemente menos del 3 % en peso. Los monómeros en la mezcla de reacción se polimerizan en presencia de iniciador(es) usando polimerización por radicales libres. La
temperatura al inicio de la polimerización puede ser inferior a 40 °C o inferior a 30 °C. A veces la temperatura al inicio de la polimerización puede ser incluso inferior a 5 °C. La temperatura durante la polimerización puede ser de 60-90 °C. La polimerización de monómeros por radicales libres produce poliacrilamida anfótera, que se presenta en forma de gel o líquido muy viscoso.
Después de la polimerización en gel, la poliacrilamida anfótera se desmenuza mecánicamente, por ejemplo, se tritura o se pica, y se seca, con lo que se obtiene un producto en forma de partículas. Dependiendo del aparato de reacción utilizado, la trituración o el corte se pueden realizar en el mismo aparato de reacción donde tiene lugar la polimerización. Por ejemplo, la polimerización se puede realizar en una primera zona de un mezclador de tornillo, y la trituración de la poliacrilamida anfótera obtenida se realiza en una segunda zona de dicho mezclador de tornillo. También es posible que la trituración, el picado u otro ajuste del tamaño de las partículas se realice en un aparato de tratamiento, que esté separado del aparato de reacción. Por ejemplo, la poliacrilamida anfótera soluble en agua obtenida se puede transferir desde el segundo extremo de un aparato de reacción, que es una cinta transportadora, a través de un tamiz de orificios giratorio o similar, donde se tritura o se pica en partículas pequeñas. Después de triturar o picar, la poliacrilamida desmenuzada se seca y se muele hasta obtener el tamaño de partícula deseado. La poliacrilamida seca es fácil de almacenar y transportar y proporciona una excelente estabilidad de almacenamiento y una larga vida útil.
Según una forma de realización de la invención, el contenido total de polímero de la poliacrilamida anfótera obtenida es al menos 60 % en peso, preferiblemente en el intervalo de 70-98 % en peso, más preferiblemente 75-95 % en peso, incluso más preferiblemente 80-95 % en peso, y aún más preferiblemente 85-93 % en peso. Debido a que el contenido de polímero de la poliacrilamida anfótera es alto, naturalmente la cantidad de poliacrilamida anfótera activa también es alta.
El contenido de humedad de la poliacrilamida anfótera es típicamente del 5 al 12 % en peso.
La poliacrilamida anfótera según la invención es sustancialmente lineal y no está reticulada. Según una forma de realización preferida de la invención, la poliacrilamida anfótera soluble en agua se prepara sustancialmente en ausencia de agente(s) de ramificación o agente(s) de reticulación. Según una forma de realización de la invención, el polímero comprende < 0,01 % en moles, preferiblemente < 0,005 % en moles y más preferiblemente < 0,001 % en moles de agente de ramificación o agente de reticulación. La poliacrilamida anfótera sustancialmente lineal y no reticulada tiene la ventaja de lograr el mismo rendimiento usando una dosis menor en comparación con polímeros sustancialmente ramificados o reticulados. La poliacrilamida anfótera sustancialmente lineal y no reticulada tiene una mejor extensión dimensional y, por lo tanto, es capaz de formar redes más grandes con micropartículas y coagulante, mejorando así la captura de, por ejemplo, almidón. Además, los grupos cargados son más accesibles para la unión en comparación con polímeros sustancialmente ramificados o reticulados.
El sistema de drenaje y deshidratación por prensa según la presente invención para la fabricación de papel, cartón o similares comprende micropartículas silíceas inorgánicas, tales como sílice coloidal o bentonita. Según una forma de realización preferible de la invención, las micropartículas de sílice inorgánicas se seleccionan de partículas a base de sílice, microgeles de sílice, sílice coloidal, soles de sílice, geles de sílice, polisilicatos, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeolitas y arcillas hinchables, tales como bentonita. Preferiblemente, las micropartículas silíceas inorgánicas son sílice coloidal o bentonita.
Según una forma de realización de la invención, la sílice coloidal se utiliza normalmente como una suspensión del 0,5 al 25 % en peso, y puede tener un tamaño de partículas en el intervalo de 1 a 50 nm, preferiblemente de 2 a 30 nm. El valor S de la sílice coloidal puede ser como máximo del 40 %, tal como del 14-40 %, preferiblemente del 25-38 %. La bentonita se utiliza normalmente como una suspensión del 1 al 5 % en peso y puede tener un tamaño de partículas en el intervalo de 200 a 800 nm, preferiblemente de 300 a 500 nm. Las suspensiones de bentonita y sílice coloidal se pueden diluir aún más antes de añadirlas a la pasta de fibras, si es necesario.
Además, el sistema de drenaje y deshidratación por prensa según la presente invención para la fabricación de papel, cartón o similares comprende un coagulante catiónico altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g y preferiblemente superior a 6 meq/g determinada por Mütek PCD en pH 6. Los coagulantes catiónicos altamente cargados son especialmente eficaces para atrapar coloides en el papel formado, evitando así que bloqueen la rejilla o el fieltro. Según la invención, se selecciona un coagulante catiónico altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g y preferiblemente superior a 6 meq/g de coagulantes a base de aluminio y mezclas de coagulantes a base de aluminio y polímeros orgánicos. El coagulante a base de aluminio se puede seleccionar del grupo que comprende sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, policloruro de aluminio (PAC), polisilicato de aluminio, polisulfato de aluminio (PAS), polisulfato de sílice y de aluminio, aluminato de sodio, alumbre y cualquiera de sus mezclas. Los polímeros catiónicos orgánicos altamente cargados se pueden seleccionar del grupo que comprende polietilenimina, poliamina, poliDADMAC, poliAPTAC, poliMAPTAC, poli-ADAM-Cl y mezclas de los mismos. Preferiblemente, los polímeros catiónicos orgánicos altamente cargados son polímeros que contienen aminas cuaternarias, por lo que tienen una variación mínima o nula de carga con el pH, seleccionados del grupo que comprende poliaminas que son copolímeros de epiclorhidrina y amina, poliDADMAC, poliAPTAC, poliMAPTAC, poli-ADAM-Cl y mezclas de los mismos. Los polímeros catiónicos orgánicos altamente cargados pueden tener un peso molecular promedio en peso de 20-900 kDa, preferiblemente 40-400 kDa, más preferiblemente 50-250 kDa, para
funcionen más como coagulante y menos como floculante, como los coagulantes a base de aluminio, equilibrando así la cantidad de neutralización de carga y el efecto puente del sistema de 3 componentes. Según una forma de realización preferida de la invención, el coagulante es un coagulante a base de aluminio. Según una forma de realización preferible de la invención, el coagulante es un coagulante a base de aluminio, tal como policloruro de aluminio o alumbre. Se prefieren los coagulantes a base de aluminio debido a su muy alta densidad de carga y pueden fabricarse a medida para que funcionen específicamente al pH de la pasta reciclada, cuyo pH suele ser de 6 a 7,5. Los polímeros orgánicos ramificados proporcionan un mayor peso molecular con una menor viscosidad de la solución, lo que resulta beneficioso desde el punto de vista de la aplicación.
Según una forma de realización preferida de la invención, el sistema de drenaje y deshidratación comprende poliacrilamida anfótera según la presente descripción, micropartículas inorgánicas de material silíceo, tal como sílice coloidal o bentonita, y policloruro de aluminio.
Según una forma de realización de la presente invención, el coagulante a base de aluminio, por ejemplo, policloruro de aluminio, tiene una basicidad en el intervalo de 20-90 %, preferiblemente 30-70 %, y más preferiblemente 35-60 %. El % de basicidad es igual a mol OH /mol Al x 100/3. Normalmente, el policloruro de aluminio tiene un contenido de Al del 4 al 16 % en peso y preferiblemente del 5 al 10 % en peso.
Cuando el sistema de drenaje y deshidratación por prensa según la presente invención se utiliza en la fabricación de papel, cartón o similares, la poliacrilamida anfótera se disuelve en agua, con lo que se obtiene una solución acuosa de poliacrilamida. La solución acuosa de poliacrilamida se puede añadir a la pasta de fibras como producto químico del extremo húmedo. La poliacrilamida anfótera se puede añadir en una cantidad de 100-1000 g/t de pasta de fibras seca, preferiblemente 200-900 g/t de pasta de fibras seca, y más preferiblemente 300-700 g/t de pasta de fibras seca.
La solución acuosa de poliacrilamida anfótera se puede añadir a la pasta espesa o a la pasta diluida. Por pasta espesa se entiende aquí una pasta fibrosa o composición de fabricación que tiene una consistencia > 20 g/l, preferentemente > 25 g/l, más preferentemente > 30 g/l. Por pasta diluida se entiende aquí una pasta fibrosa o composición de fabricación que tiene una consistencia de 5 a 20 g/l. En una forma de realización típica, el polímero anfótero se añade a la pasta diluida.
Cuando se añade la solución acuosa de poliacrilamida anfótera a la pasta diluida, se puede mejorar especialmente el drenaje. En una forma de realización de la invención, la poliacrilamida anfótera se puede añadir después de una etapa de cizalladura, tal como bombeo, mezcla o cribado. Según una forma de realización preferible de la invención, la poliacrilamida anfótera se añade después de la última etapa de cizalladura, antes de una caja de entrada de una máquina de papel o cartón. Cuanto más cerca se añade la poliacrilamida anfótera a la caja de entrada, mejor el efecto flocado se consigue.
Se ha observado que cuando se añade la solución acuosa de poliacrilamida anfótera a la pasta espesa, se mejoran especialmente las propiedades de resistencia del papel, cartón o similar final. Se supone que, sin desear quedar ligado a ninguna teoría, la poliacrilamida anfótera entra efectivamente en contacto con las fibras, especialmente en la pasta espesa, por lo que se forman enlaces entre los grupos cargados de poliacrilamida y la superficie de la fibra cargada. Estos enlaces aumentan el efecto de resistencia que se obtiene en el papel o cartón final. Según una forma de realización, la adición de la solución acuosa de poliacrilamida anfótera se realiza después de las torres de almacenamiento de la pasta de fibras, pero antes de que la pasta espesa se diluya en el foso de rejilla (silo fuera de la máquina) con agua blanca de circuito corto. Para mejorar el drenaje, puede ser necesario como se describe anteriormente, añadir adicionalmente la poliacrilamida anfótera o una poliacrilamida catiónica, tal como CPAM que tiene una proporción de monómero catiónico de 5-15 % en moles y un peso molecular de 5-20 MDa, en una pasta diluida, preferiblemente en la proximidad de la caja de entrada. Según una forma de realización de la invención, la solución acuosa de poliacrilamida anfótera se añade tanto a la pasta espesa como a la pasta diluida.
El coagulante catiónico altamente cargado se puede añadir directamente a la pasta de fibras o se puede añadir primero a un flujo acuoso, que luego se combina con la pasta de fibras en cualquier ubicación adecuada, por ejemplo en cualquier ubicación adecuada del extremo húmedo. Ejemplos de tales puntos de tiempo o ubicaciones incluyen antes o después del refinado de la pasta de fibras, en la bomba del ventilador, antes o en la caja de entrada.
Cuando el coagulante catiónico altamente cargado es un polímero orgánico, se puede añadir en una cantidad de 50 1000 g/tonelada de pasta de fibras seca, preferiblemente 100-500 g/tonelada de pasta de fibras seca. Cuando el coagulante catiónico altamente cargado es un coagulante a base de aluminio, se puede añadir una cantidad de 100 700 g/t de pasta de fibras seca como Al3+.
Según una forma de realización de la invención, se pueden añadir micropartículas inorgánicas a una pasta diluida que tenga una consistencia de 5-20 g/l. En una forma de realización de la invención, las micropartículas inorgánicas pueden ser sílice coloidal que se añade en una cantidad de 100-600 g/t de pasta de fibras seca, preferiblemente 100-500 g/t de pasta de fibras seca. Alternativamente, las micropartículas inorgánicas pueden ser bentonita que se añade en una cantidad de 1 -4 kg/t de pasta de fibras seca, preferiblemente 1,5-3 kg/t de pasta de fibras seca.
Según una forma de realización, se pueden añadir micropartículas inorgánicas y coagulante antes de la última etapa de cizalladura antes de una caja de entrada de una máquina de papel o cartón. Por lo general, antes de una bomba de ventilador de caja de entrada o un tamiz de máquina.
Según una forma de realización preferible de la invención, la poliacrilamida anfótera, se añaden por separado entre sí las micropartículas inorgánicas y un coagulante catiónico altamente cargado, para evitar una interacción demasiado temprana entre dichos componentes y, por tanto, por ejemplo, gelificación de los componentes. Por ejemplo, la poliacrilamida anfótera se puede añadir a la pasta de fibras después de la adición de las micropartículas inorgánicas y el coagulante catiónico. Cada componente del sistema de drenaje y deshidratación por prensa se puede añadir mediante adición directa a un pasta de fibras, tal como mediante inyección de dicho componente en la pasta de fibras antes de su entrada en la caja de entrada. El sistema de 3 componentes según la presente invención resiste fuerzas de cizalladura tales como en la etapa de bombeo, mezcla o cribado o fuerzas de cizalladura en el generador de turbulencias de la caja de entrada. Por consiguiente, el sistema de 3 componentes de la invención es capaz de reflocular después de la etapa de cizalladura.
En una forma de realización preferible, el componente coagulante se añade por separado a la pasta de fibras, seguido de una adición separada del componente de micropartículas inorgánicas, tal como sílice coloidal, y sólo después de una siguiente etapa de cizalladura se añade a la pasta de fibras la solución acuosa que comprende la poliacrilamida anfótera.
Se pueden añadir aditivos adicionales tales como coadyuvante de retención de poliacrilamida catiónica y/o almidón catiónico del extremo húmedo para mejorar aún más la retención y la resistencia.
En el presente contexto, y como se usa anteriormente, el término "pasta de fibras" se entiende como una suspensión acuosa, que comprende fibras y opcionalmente cargas. La pasta de fibras también puede denominarse lechada de pasta papelera o suspensión de pasta papelera. La pasta de fibras puede comprender cenizas al menos en 5 % en peso, al menos 10 % en peso, preferiblemente al menos 14 % en peso, más preferiblemente al menos 16 % en peso basado en sólidos totales secos, que pueden originarse a partir de carga añadida o de cargas y/o pigmentos minerales de fibra reciclada o de papel roto en origen. El contenido de cenizas puede estar en el intervalo del 10 al 30 % y preferiblemente en el intervalo del 11 al 19 %. La cantidad de cenizas se calcula secando el material y midiendo el contenido de cenizas. Para las mediciones del contenido de cenizas se utiliza la norma ISO 1762, a una temperatura de 525 °C. Las cenizas puede ser cualquier carga o pigmento utilizado convencionalmente en la fabricación de papel y cartón, como carbonato de calcio molido, carbonato de calcio precipitado, arcilla, talco, yeso, dióxido de titanio, silicato sintético, trihidrato de aluminio, sulfato de bario, óxido de magnesio o cualquiera de sus mezclas. El sistema de la invención proporciona resistencia, drenaje y retención del papel mejorados para materiales con alto contenido de cenizas en comparación con los sistemas existentes, ya que los componentes de la presente invención no provocan un flocado excesivo que provoca una mala formación que disminuya las propiedades de resistencia del producto de papel. Por tanto, los componentes de la invención se pueden usar en cantidades que mejoren significativamente la retención de cenizas, el drenaje y la resistencia. Normalmente, las bandas con alto contenido de cenizas son más débiles y, al utilizar el sistema de la presente invención, la resistencia en húmedo de la banda se puede mejorar aumentando el contenido seco después del prensado en húmedo, disminuyendo así la susceptibilidad a las roturas de la banda y, por tanto, la pérdida de tiempo de producción, y facilitando una mayor velocidad de producción.
Según una forma de realización preferible de la invención, la poliacrilamida anfótera, las micropartículas inorgánicas y el coagulante catiónico altamente cargado se pueden añadir a la pasta de fibras que comprende material de fibras reciclado. Esto significa que las fibras de la pasta de fibras proceden preferentemente de papel reciclado y/o cartón ondulado viejo (OCC). Según una forma de realización preferida, la pasta de fibras a tratar comprende al menos un 20 % en peso, preferiblemente al menos un 50 % en peso de fibras procedentes de material de fibras reciclado. En algunas formas de realización, la pasta de fibras puede comprender incluso > 70 % en peso, a veces incluso > 80 % en peso, de fibras que se originan a partir de material de fibras reciclado. En algunas formas de realización, la invención se puede utilizar con un pasta de fibras que comprende material de fibras 100 % reciclado como aditivo de resistencia y coadyuvante de drenaje para mejorar la productividad de la máquina. El sistema de 3 componentes de la invención también se puede utilizar con otras fibras celulósicas que comprenden pasta Kraft blanqueada y sin blanquear.
Según una forma de realización de la invención, la pasta de fibras tiene una conductividad de al menos 2 mS/cm, más preferiblemente al menos 3 mS/cm, y aún más preferiblemente en el intervalo de 3,5-10 mS/cm. El sistema de 3 componentes según la invención tiene un buen rendimiento de retención, rendimiento de retención de almidón, resistencia y rendimiento de drenaje en estas conductividades, en comparación con el rendimiento de los productos químicos para papel tradicionales como el CPAM, que empiezan a perder su rendimiento ya a conductividades elevadas. La presente invención sigue funcionando bien incluso en conductividades más altas.
Según una forma de realización de la invención, la pasta de fibras tiene un contenido de almidón de al menos 1 % en peso, preferiblemente al menos 3 % en peso, más preferiblemente al menos 4 % en peso, basado en sólidos totales secos en cualquier punto antes de la adición de la poliacrilamida anfótera de la invención. El contenido de almidón de la pasta de fibras puede ser del 1 al 20 % en peso, preferiblemente del 2 al 10 % en peso y más preferiblemente del 4 al 8 % en peso, basado en los sólidos totales secos, en cualquier punto antes de la adición de la poliacrilamida anfótera de la invención. El sistema de la invención atrapa almidón, procedente de material de fibras reciclado o
almidón añadido a un proceso, de manera efectiva con el efecto de que el rendimiento del papel es mayor y disminuye la carga de DQO en las aguas residuales. Sin desear quedar ligado a ninguna teoría, se cree que los componentes de la presente invención forman un sistema similar a una red 3D que es capaz de atrapar eficazmente incluso almidón no cargado.
El sistema y método de la presente invención se pueden aplicar a cualquier tipo de proceso de fabricación de papel y cartón. Se incluyen todos los tipos y calidades de papeles y cartones, como papel Kraft, papel de revestimiento para cartón ondulado, test liner (papel o cartón fabricado principalmente con fibra reciclada), papel acanalado, papel para bolsas, aglomerado con revestimiento blanco, cartón central o cartón para cajas plegables. Por lo tanto, la invención se refiere a un proceso para la producción de papel o cartón a partir de un pasta de fibras tratada con el método según la invención, donde la pasta de fibras tratada se forma en una banda fibrosa y se drena. Las etapas de formar una masa de fibra, drenar y secar se pueden llevar a cabo de cualquier manera adecuada conocida generalmente por los expertos en la técnica.
Experimental
Algunas formas de realización de la invención se describen en los siguientes ejemplos.
Producción de poliacrilamida anfótera
Descripción general de la preparación del producto polimérico
La preparación de una solución de monómero se describe a continuación para ejemplos ejemplares y otras soluciones de monómero se preparan de manera análoga. Los monómeros utilizados y sus proporciones para cada producto polimérico probado se dan en la Tabla 1.
Después de preparar la solución de monómero según la descripción, la solución de monómero se purga con un flujo de nitrógeno para eliminar el oxígeno. A la solución de monómero se le añade un iniciador, 2-hidroxi-2-metilpropiofenona en polietilenglicol-agua (1:1 en peso), y la solución de monómero se coloca sobre una bandeja para formar una capa de aproximadamente 1 cm bajo luz UV. La luz ultravioleta se encuentra principalmente en el rango de 350-400 nm; por ejemplo, se pueden utilizar tubos de luz Philips Actinic BL TL de 40W. La intensidad de la luz aumenta a medida que avanza la polimerización hasta completar la polimerización. Los primeros 10 minutos la intensidad de la luz es de 550 pW/cm2, y después de 30 minutos es 2000 pW/cm2. El gel obtenido se hace pasar a través de una extrusora y se seca hasta una humedad inferior al 10 % a una temperatura de 60 °C. El polímero seco se muele y se tamiza hasta un tamaño de partícula de 0,5-1,0 mm.
Preparación de una solución de monómero para EXP 1, que es un polímero anfótero catiónico neto, en el que el monómero catiónico es ADAM-Cl y el monómero aniónico es ácido acrílico.
La solución de monómero se prepara mezclando 248,3 g de solución de acrilamida al 50 %, 0,01 g de solución de sal sódica de DTPA al 40 %, 2,9 g de gluconato de sodio, 4,4 g de dipropilenglicol, 1,9 g de ácido adípico y 7,2 g de ácido cítrico en un reactor de vidrio de laboratorio con temperatura controlada a 20-25 °C. La mezcla se agita hasta que se disuelven las sustancias sólidas. A la solución se añaden 32,6 g de ADAM-Cl al 80 %. El pH de la solución se ajusta a 3,0 con ácido cítrico y se añaden a la solución 2,8 g de ácido acrílico. La solución iniciadora está compuesta por 5 ml de 2-hidroxi-2-metilpropiofenona al 6 % en una solución de polietilenglicol-agua (1:1 en peso). La preparación continúa como se describe en la descripción general anterior.
Preparación de una solución de monómero para EXP 2, que es un polímero anfótero neto neutro, en el que el monómero catiónico es MAPTAC y el monómero aniónico es ácido acrílico.
La solución de monómero se prepara mezclando 241,4 g de solución de acrilamida al 50 %, 0,0085 g de solución de sal sódica de DTPA al 40 %, 2,8 g de gluconato de sodio, 1,8 g de ácido adípico y 6,5 g de ácido cítrico en un reactor de vidrio de laboratorio con temperatura controlada a una temperatura de 20-25 °C. La mezcla se agita hasta que se disuelven las sustancias sólidas. A la solución se añaden 41,7 g de MAPTAC al 50 %. El pH de la solución se ajusta a 3,0 con ácido cítrico y se añaden a la solución 6,8 g de ácido acrílico. La solución iniciadora está compuesta por 6,5 ml de 2-hidroxi-2-metilpropiofenona al 12 % en una solución de polietilenglicol-agua (1:1 en peso). La preparación continúa como se describe en la descripción general anterior.
Preparación de solución de monómero para EXP 3, que es un polímero anfótero aniónico neto, en el que el monómero catiónico es MAPTAC y el monómero aniónico es ácido acrílico.
La solución de monómero se prepara mezclando 255,3 g de solución de acrilamida al 50 %, 0,0085 g de solución de sal sódica de DTPA al 40 %, 2,8 g de gluconato de sodio, 6,5 g de ácido cítrico y 1,8 g de ácido adípico en un reactor de vidrio de laboratorio con temperatura controlada a temperatura de 20-25 °C. La mezcla se agita hasta que se disuelven las sustancias sólidas. A la solución se añaden 22,1 g de MAPTAC al 50 %. El pH de la solución se ajusta a 3,0 con ácido cítrico y se añaden a la solución 11,6 g de ácido acrílico. La solución iniciadora está compuesta por 6,5 ml de 2-hidroxi-2-metilpropiofenona al 12 % en una solución de polietilenglicol-agua (1:1 en peso). La preparación continúa como se describe en la descripción general anterior.
Las viscosidades intrínsecas de los productos poliméricos se determinaron mediante un viscosímetro capilar Ubbelohde en NaCl 1 M a 25 °C. El pH de la solución de polímero para la determinación de la viscosidad capilar se ajustó a 2,7 con ácido fórmico para evitar el impacto de la probable complejación de poliiones para la viscosidad. Los pesos moleculares se calcularon utilizando los parámetros "K" y "a" de poliacrilamida. El valor del parámetro "K" es 0,0191 ml/g y el valor del parámetro "a" es 0,71. En la Tabla 1 también se dan los valores de viscosidad intrínseca determinados y los valores de peso molecular calculados para los productos poliméricos probados.
Tabla 1. Monómeros, sus proporciones, valores de viscosidad intrínseca y valores de peso molecular calculados para los productos poliméricos probados.
Ejemplos de aplicación
Métodos
Los dispositivos y normas de prueba de pasta y hojas se dan en la Tabla 2. El valor de resistencia SCT indexado es la resistencia dividida por el peso base del papel/cartón.
Tabla 2. Dispositivos y estándares de prueba de pasta y hojas.
Ejemplo de aplicación 1
Preparación de pasta
Como materia prima se utilizó OCC europeo y Kraft (sin blanquear). OCC contiene aproximadamente un 16 % de cenizas. El almidón original de la pasta OCC se consumió de la muestra durante el tiempo de almacenamiento de 1 semana a una temperatura de 5 °C. Las propiedades de la pasta y el agua se presentan en la Tabla 3. Se mezclaron OCC y Kraft en una proporción de 1:1 basada en la materia seca. El agua de dilución se preparó mezclando agua blanca y filtrado transparente en una proporción de 1:1. La mezcla de pasta se diluyó con el agua de dilución preparada hasta obtener una consistencia del 0,7 %. El contenido de almidón de la pasta de prueba fue aproximadamente del 2,5 %, basado en los sólidos totales secos.
Tabla 3. Propiedades de pastas y aguas.
Prueba de DDA
Se utilizó DDA (analizador de drenaje dinámico) de Akribi Kemi Konsulter, Suecia para medir la retención y el drenaje. Se utilizaron 500 ml de pasta para cada punto de prueba. Se añadieron alum y pasta a un triturador de 500 ml con agitación magnética de 100 rpm durante 10 minutos antes del drenaje. La pasta se vertió en el DDA 30 s antes del drenaje y el agitador de DDA se ajustó a 1000 rpm. Los tiempos de adición del producto de prueba se indican como tiempo negativo antes de que comience el drenaje en la Tabla 4. La agitación se detuvo 2 s antes del drenaje. El vacío fue de 300 mbar durante 30 s después de iniciado el drenaje y la apertura de la rejilla fue de 0,25 mm.
Se registró el tiempo de drenaje y se midió inmediatamente la turbidez del filtrado. Se pesó la hoja húmeda y se completó el prensado en húmedo de las hojas individualmente inmediatamente después de las pruebas de drenaje usando Lorenz & Wettre (prensa en húmedo durante 1 min a 4 bar de presión, 2 papeles de trazador en ambos lados de la torta de DDA). Se pesó la hoja prensada y luego se secó la hoja de la rejilla en un secador de placa caliente Lorenz & Wettre hasta que está totalmente seco para calcular la retención. Las hojas se pesaron después del secado. El SCT se midió a partir de las hojas DDA.
Determinación de almidón soluble a partir de filtrado de DDA.
Las pruebas utilizan el siguiente procedimiento desarrollado en este proyecto para la determinación del almidón de fibras recicladas:
Se añadieron 25 ml de filtrado a 10 ml de HCl al 10 % en peso. La mezcla se agitó durante 10 minutos en un agitador de 50 ml con un agitador magnético y luego se filtró la mezcla por gravedad en un embudo con papel de filtro de cinta negra. Se añadió 1 ml de la mezcla filtrada a 0,5 ml de reactivo de yodo, que consistía en 7,5 g de KI/l 5 g/l de I2. El valor de la absorbancia se midió a 610 nm mediante un espectrofotómetro Hach Lange DR 9002 minutos después de añadir la solución de yodo. La puesta a cero del espectrofotómetro se realizó con la muestra antes de la adición de yodo.
Se utilizó almidón degradado no iónico C*film 07311 como referencia para realizar la ecuación de calibración para el contenido de almidón. El contenido de almidón de la pasta de prueba se determinó mediante el mismo método que el contenido de almidón del filtrado de DDA. Se realizó una prueba de Blanc para la absorbancia de la solución HCl-yodo para restar la absorbancia inicial del resultado. La retención de almidón se calculó como: (almidón de la pasta-almidón filtrado) / almidón de la pasta * 100 %.
Productos químicos
Alum: Sulfato de aluminio, seco.
Almidón húmedo: Meribond 155 de Tate&Lyle, cocido al 1 % de concentración a 97 °C durante 30 min.
Almidón de encolado en superficie: C*film 07312 de Cargill, cocido al 1 % de concentración a 97 °C durante 30 min.
EXP 1, PAM anfótera descrita en el ejemplo anterior, disuelta al 0,5 % y diluida adicionalmente al 0,05 %.
CPAM1: FennoPol K6340T, polímero de retención de poliacrilamida catiónico seco de alto peso molecular de Kemira.
Bentonita: Altonite SF de Kemira, bentonita de retención.
Resultados de la prueba
El programa de prueba se presenta en la Tabla 4. Según los resultados (Tabla 5) en comparación con la prueba 3, que es un sistema de drenaje típico para cartón de revestimiento, el sistema según la invención en las pruebas 6-7 logró simultáneamente un tiempo de drenaje rápido, una baja turbidez del filtrado, alta sequedad después del conformado, alto contenido de sólidos después del prensado, retención, resistencia SCT y retención de cenizas medidas por ceniza en la hoja. El efecto del polímero anfótero en el ensayo 9 también fue claro en comparación con el ensayo 8 sin polímero anfótero. La prueba 11 muestra una caída en la resistencia del SCT cuando se usa una dosis alta de polímero de retención convencional.
Tabla 4. Puntos de las pruebas
Tabla 5. Resultados de las pruebas
Ejemplo de aplicación 2
Preparación de pasta
Como materia prima se utilizó cartón de revestimiento de origen reciclado (Testliner) de Europa Central. El testliner contiene aproximadamente un 17 % de ceniza y un 5 % de almidón de encolado en superficie, que era almidón de maíz nativo degradado enzimáticamente. El agua de dilución se preparó a partir de agua del grifo ajustando la concentración de Ca2+ a 520 mg/l mediante CaCl2 y ajustando la conductividad a 4 mS/cm mediante NaCl. El cartón de revestimiento Testliner se cortó en cuadrados de 2 * 2 cm. Se calentaron 2,7 l de agua de dilución a 85 °C. Los trozos de testliner se humedecieron durante 5 minutos en agua de dilución a una concentración del 2 % antes de la desintegración. La lechada se desintegró en un desintegrador de jarra Britt con 30000 rotaciones. La pasta se diluyó al 0,5 % añadiendo agua de dilución.
Prueba de DDA
Se utilizó un DDA (analizador de drenaje dinámico) de Akribi Kemi Konsulter, Suecia para medir la retención y el drenaje. Se utilizaron 500 ml de pasta para cada punto de prueba. Se añadieron policloruro de aluminio (PAC) y pasta a un triturador de 500 ml con agitación magnética de 100 rpm durante 10 minutos antes del drenaje. Otros tiempos de adición del producto problema se indican como tiempo negativo antes de que comience el drenaje en la Tabla 6. La pasta se vertió en el DDA 30 s antes del drenaje y el agitador de DDA se ajustó a 1000 rpm. La agitación se detuvo 2 s antes del drenaje. El vacío fue de 300 mbar durante 30 s después de iniciado el drenaje y la apertura de la rejilla fue de 0,25 mm.
Se registró el tiempo de drenaje y se midió inmediatamente la turbidez del filtrado. Se pesó la hoja mojada. El prensado en húmedo de las hojas se completó individualmente inmediatamente después de las pruebas de drenaje en la prensa en húmedo Lorenz & Wettre durante 1 min a 4 bar de presión, 2 papeles de trazador en ambos lados de la torta de DDA. Se pesó la hoja prensada. La hoja de la rejilla se secó en un secador de placa caliente Lorenz & Wettre hasta que se secó totalmente para calcular la retención, y las hojas se pesaron después del secado.
Determinación de almidón soluble a partir de filtrado de DDA.
La determinación de almidón soluble se realizó como ejemplo de aplicación anterior.
Productos químicos
PAC 3: Policloruro de aluminio, 5,2 % Al y 70 % basicidad.
Sílice: sílice coloidal estructurada, valor S: 34, área de superficie 750, pH: 10,6, solución acuosa diluida al 0,5 %. EXP 1, PAM anfótera descrita en el ejemplo anterior, se disolvió al 0,5 % y se diluyó adicionalmente al 0,05 %. EXP 2, PAM anfótera descrita en el ejemplo anterior, se disolvió al 0,5 % y se diluyó adicionalmente al 0,05 %. EXP 3, PAM anfótera descrita en el ejemplo anterior, se disolvió al 0,5 % y se diluyó adicionalmente al 0,05 %. APAM: FennoPol A8050 R, polímero de retención de poliacrilamida aniónica seca de alto peso molecular de Kemira. Resultados de la prueba
El plan de prueba y los resultados se presentan en las Tablas 6-7. El sistema de drenaje convencional con APAM (prueba 4-5) utiliza dosis de 0,1-0,2 kg/t, porque una dosis más alta no contribuye a la retención ni al drenaje. Los sistemas según las pruebas 6-11 mejoran el tiempo de drenaje, la turbidez del filtrado, la reducción del almidón del filtrado y la retención. EXP 1, el polímero anfótero catiónico neto según la presente invención se comporta mejor que el polímero anfótero neutro o aniónico.
Tabla 6. Plan de pruebas, tiempo de dosificación y cantidades dosificadas
Tabla 7. Resultados de las pruebas
Ejemplo de aplicación 3
Preparación de pasta, prueba de DDA y determinación de almidón como en el ejemplo anterior, pero el testliner era de Europa del Este y tenía aproximadamente un 16 % de cenizas y aproximadamente un 5 % de almidón.
Productos químicos
PAC 1: Policloruro de aluminio, 7,5 % Al y 40 % basicidad.
CAP 3: Policloruro de aluminio, 5,2 % Al y 70 % basicidad.
Sílice: sílice coloidal estructurada, valor S: 34, área de superficie 750, pH: 10,6, solución acuosa diluida al 0,5 %. EXP 2, PAM anfótera descrita en el ejemplo anterior, se disolvió al 0,5 % y se diluyó adicionalmente al 0,05 %. Resultados de la prueba
Las pruebas comparan los coagulantes PAC (Tablas 8-9) y los niveles de dosificación de los componentes. Tanto el PAC1 como el PAC3 tuvieron un buen rendimiento. El mejor resultado se obtuvo con la prueba 8, que tiene la dosis más alta de componentes. La prueba 2 indicó que la dosis de PAC (0,375 kg/t como Al) era demasiado baja para lograr el mejor rendimiento. Es beneficioso mantener cierto intervalo de relación de dosificación para los componentes del sistema con diferentes cargas. Las pruebas 5-6 están al mismo nivel que las pruebas 3-4. Esto indica que el contenido de Al añadido es crítico y que el intervalo de basicidad del 40-70 % es bueno para esta aplicación.
Tabla 8. Plan de pruebas, tiempo de dosificación y cantidades dosificadas
Tabla 9. Resultados de las pruebas
Ejemplo de aplicación 4
Preparación de pasta, prueba de DDA y determinación de almidón como en el ejemplo anterior, pero el testliner de Europa del Este se desintegró hasta un filtrado transparente y se añadieron 250 ml de agua blanca a 250 ml de pasta con una consistencia del 1 % a -30 s en la prueba de DDA. Las propiedades del agua se expresan en la Tabla 10.
Tabla 10. Propiedades del agua para la elaboración de la composición de fabricación de prueba.
Productos químicos
PAC 3: Policloruro de aluminio, 5,2 % Al y 70 % basicidad.
EXP 1, PAM anfótera descrita en el ejemplo anterior, se disolvió al 0,5 % y se diluyó adicionalmente al 0,05 %. CPAM 2: FennoPol K3500 P, polímero de retención de poliacrilamida catiónico seco de peso molecular medio de Kemira.
Bentonita: Altonite SF de Kemira, bentonita de retención.
Resultados de la prueba
Los experimentos de este ejemplo (Tablas 11-12) indican que el tiempo de drenaje, los sólidos después de la conformación y los sólidos después del prensado se pueden mejorar simultáneamente con el sistema de la invención en la prueba 5-7 en comparación con el sistema sin polímero anfótero. Se logró una turbidez del filtrado muy buena en las pruebas 6-7, en las que la dosis de polímero anfótero fue de 0,5-0,7 kg/t. El polímero anfótero también funciona solo (pruebas 2-3), pero el tiempo de drenaje superior y las mejoras en la retención de almidón se obtienen únicamente utilizando los tres componentes.
Tabla 11. Plan de pruebas, tiempo de dosificación y cantidades dosificadas
Tabla 12. Resultados de las pruebas
Claims (15)
1. Sistema de drenaje y deshidratación por prensa para la fabricación de papel o cartón, que comprende
(a) poliacrilamida anfótera, que es un copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida y 3-25 % en moles de monómeros catiónicos y 0,5-9 % en moles de monómeros aniónicos, donde la densidad de carga catiónica de la poliacrilamida anfótera está en el intervalo de 0,35-3 meq/g, determinada por Mütek PCD a pH 2,7, y la poliacrilamida tiene una viscosidad intrínseca en el intervalo de 6-38 dl/g determinada en NaCl 1 M a 25 °C,
(b) micropartículas inorgánicas de material silíceo, tal como sílice coloidal o bentonita, y
(c) un coagulante catiónico a base de aluminio altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g y preferiblemente superior a 6 meq/g determinada a pH 6.
2. El sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que la poliacrilamida anfótera tiene una viscosidad intrínseca preferiblemente en el intervalo de 6-20 dl/g y más preferiblemente 7-15 dl/g, determinada en NaCl 1 M a 25 °C.
3. El sistema según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que una densidad de carga catiónica de la poliacrilamida anfótera está en el intervalo de 0,5-2 meq/g, y preferiblemente 0,6-1,6 meq/g, determinada por Mütek PCD a pH 2,7.
4. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la poliacrilamida anfótera es el copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida, 4-17 % en moles, preferiblemente 5-12 % en moles de monómeros catiónicos y 0,5-9 % en moles, de monómeros aniónicos.
5. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la poliacrilamida anfótera se obtiene mediante polimerización en gel, donde el contenido de disolvente no acuoso durante la polimerización es inferior al 10 % en peso, preferentemente inferior al 5 % en peso, más preferentemente inferior al 3 % en peso.
6. El sistema según la reivindicación 5, caracterizado por que el contenido de polímero de la poliacrilamida anfótera es al menos 60 % en peso, preferiblemente en el intervalo de 70-98 % en peso, más preferiblemente 75-95 % en peso, incluso más preferiblemente 80-95 % en peso, y aún más preferiblemente 85-93 % en peso.
7. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la poliacrilamida anfótera comprende < 0,01 % en moles, preferiblemente < 0,005 % en moles y más preferiblemente < 0,001 % en moles de agente de ramificación o agente de reticulación.
8. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el coagulante a base de aluminio altamente cargado se selecciona del grupo que comprende sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, policloruro de aluminio (PAC), polisilicato de aluminio, polisulfato de aluminio (PAS), polisulfato de sílice y aluminio, aluminato de sodio, alumbre y cualquiera de sus mezclas.
9. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el coagulante catiónico altamente cargado altamente cargado es una mezcla de
- coagulante a base de aluminio seleccionado del grupo que comprende sulfato de aluminio, cloruro de aluminio, policloruro de aluminio (PAC), polisilicato de aluminio, polisulfato de aluminio (PAS), polisulfato de sílice y aluminio, aluminato de sodio, alumbre y cualquiera de sus mezclas, y
- polímero orgánico, que se selecciona de polietilenimina, poliamina, poliDADMAC, poliAPTAC, poliMAPTAC, poli-ADAM-Cl y cualquiera de sus mezclas.
10. Uso del sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la fabricación de papel Kraft, papel de revestimiento para cartón ondulado, test liner (papel o cartón fabricado principalmente con fibra reciclada), papel acanalado, papel para bolsas, aglomerado con revestimiento blanco, cartón central o cartón para cajas plegables.
11. Un método para la fabricación de papel o cartón, que comprende
- obtener una pasta de fibras que comprende fibras procedentes de material de fibras reciclado, pasta Kraft sin blanquear y/o pasta semiquímica sin blanquear, teniendo la pasta de fibras una conductividad de al menos 1 mS/cm, - añadir a la pasta de fibras una solución acuosa de una poliacrilamida anfótera soluble en agua, que es un copolímero obtenido polimerizando (met)acrilamida y 3-25 % en moles de monómeros catiónicos y 0,5-9 % en moles de monómeros aniónicos, donde la densidad de carga catiónica de la poliacrilamida anfótera está en el intervalo de 0,35 3 meq/g, determinada por Mütek PCD a pH 2,7, y la poliacrilamida tiene una viscosidad intrínseca en el intervalo de 6-38 dl/g determinada en NaCl 1 M a 25 °C
- añadir a la pasta de fibras micropartículas inorgánicas de material silíceo, tal como sílice coloidal o bentonita,
- añadir a la pasta de fibras o a un flujo acuoso a combinar con la pasta de fibras un coagulante catiónico a base de aluminio altamente cargado que tiene una densidad de carga superior a 5 meq/g y preferiblemente superior a 6 meq/g determinada por Mütek PCD a pH 6, y
- formar la pasta de fibras en una banda fibrosa.
12. El método según la reivindicación 11, caracterizado por que
- la poliacrilamida anfótera se añade en una cantidad de 100-1000 g/t de pasta de fibras seca, preferiblemente 200 900 g/t de pasta de fibras seca, y más preferiblemente 300-700 g/t de pasta de fibras seca,
- las micropartículas inorgánicas de sílice coloidal se añaden en una cantidad de 100-600 g/t de pasta de fibras seca, o las micropartículas inorgánicas de bentonita se añaden en una cantidad de 1-4 kg/t de pasta de fibras seca, y - el coagulante a base de aluminio se añade en una cantidad de 100-700 g/t de pasta de fibras seca como Al3+.
13. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 11 o 12, caracterizado por que la poliacrilamida anfótera se añade después de la última etapa de cizalladura antes de la caja de entrada de una máquina de papel o cartón.
14. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 11 a 13, caracterizado por que la poliacrilamida anfótera se añade después de la adición de las micropartículas y el coagulante catiónico altamente cargado.
15. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 11 a 14, caracterizado por que la pasta de fibras tiene un contenido de cenizas de al menos 10 % en peso, preferiblemente al menos 14 % en peso, más preferiblemente al menos 16 % en peso, basado en sólidos totales secos.
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