ES2994597T3 - Method for manufacturing a multi-layered paperboard, multi-layered paperboard and composition for use in multi-layered paperboard manufacturing - Google Patents

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Abstract

Un método para fabricar un cartón multicapa, que comprende al menos dos capas fibrosas, en cuyo método al menos una capa del cartón multicapa se trata aplicando una solución acuosa de un primer componente de resistencia en forma disuelta que comprende una composición de polímero de resistencia aniónica y/o polímero de resistencia anfótero sobre una superficie de la capa, y una solución acuosa de un segundo componente de resistencia catiónico en forma disuelta se agrega al material de fibra a partir del cual se forma al menos una de las capas fibrosas unidas entre sí. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para fabricar un cartón multicapa, cartón multicapa y composición para uso en la fabricación de cartón multicapa
La presente invención se refiere a un método para fabricar un cartón multicapa según el preámbulo de la reivindicación independiente presentada a continuación.
Antecedentes de la invención
El cartón multicapa o multilaminado comprende al menos dos capas que se unen entre sí durante la fabricación. Las ventajas de la construcción de cartón multicapa residen en la capacidad de optimizar, por ejemplo, las características de la fibra en las diferentes capas para alcanzar ciertas funcionalidades. Esto puede hacerse, por ejemplo, variando el contenido y la calidad del material de fibra en cada capa.
La resistencia de la unión interna, representada típicamente por la resistencia a la tracción en la dirección z, es un factor importante para el cartón multicapa, ya que determina, por ejemplo, la procesabilidad del cartón durante la impresión y/o después del recubrimiento, y el rendimiento en diferentes usos finales. La resistencia de la unión interna de un cartón multicapa puede verse afectada por la resistencia inherente de las fibras utilizadas en cada capa o laminado, y la capacidad de las fibras para formar uniones de fibra-fibra fuertes. La resistencia inherente disminuye después de cada reciclaje de las fibras, mientras que la capacidad para formar enlaces de fibra-fibra fuertes se ve afectada adicionalmente por el nivel de refinado. La resistencia de la unión interna de un cartón multicapa también se ve afectada por la unión de las láminas, es decir, la resistencia de la unión de las capas fibrosas entre sí. Un problema asociado con los métodos para fabricar cartones multicapa es que la unión de las láminas puede no ser suficiente, disminuyendo de este modo la resistencia de la unión interna de todo el cartón multicapa. Esto puede observarse, por ejemplo, en la impresión offset como delaminación del cartón multicapa cuando se somete a la fuerza en la dirección Z causada por el desprendimiento de la lámina de una manta de prensa que contiene tinta pegajosa. De manera similar, las fuerzas en la dirección z aplicadas durante los procesos de recubrimiento o laminación de cartones multicapa que tienen insuficiente resistencia de la unión interna pueden conducir a la delaminación de las capas. Además, ciertos usos finales de los cartones multicapa pueden requerir especificaciones que dependen directa o indirectamente de la resistencia de la unión interna del cartón. Por ejemplo, el cartón multicapa debe tener una elevada resistencia de la unión interna con el fin de que un cartón central funcione bien. Como tal, actualmente existe la necesidad de un método mejorado de fabricación de un cartón multicapa que tenga suficiente resistencia de unión interna a lo largo de la estructura multicapa, especialmente entre las capas del cartón multicapa.
Las publicaciones de patente JP 3551213 y JP 3301191 divulgan aditivos para la fabricación de papel, que se usan como agentes adhesivos entre capas. La publicación de patente JP H0833000 divulga un método para fabricar papel que comprende usar una combinación de un potenciador aniónico de la resistencia del papel y un potenciador catiónico de la resistencia del papel. La publicación de patente US2003/155071 divulga una dispersión acuosa adhesiva que contiene polielectrolito aniónico o catiónico.
Se puede aplicar agua, y opcionalmente almidón granular, sobre las superficies de las capas internas para mejorar la resistencia de la unión interna entre las capas del cartón. La aplicación de agua puede ayudar únicamente a mantener el potencial existente de la capa para formar enlaces con las superficies de la capa adyacente cuando se unen aumentando la cantidad de agua libre presente, pero no aumenta la resistencia más allá de eso. El almidón granular aplicado sobre la(s) superficie(s) de las capas internas, comúnmente por pulverización, se gelatiniza cuando se mantiene durante un tiempo prolongado a temperatura elevada en la sección de secado, lo que hace que sea capaz de formar enlaces de hidrógeno con las fibras de las capas adyacentes. Sin embargo, el retraso y la alta temperatura requieren una capacidad de secado aumentada y una velocidad de máquina más lenta, lo que no se desea desde el punto de vista de la eficiencia y los costes de la fabricación del cartón multicapa.
La publicación de patente JP 2002294595 divulga un método de fabricación de papel que comprende una adición por pulverización de la solución, que comprende un polímero aniónico y almidón, antes de combinar dos o más capas de papel.
Sumario de la invención
Es un objeto de la presente invención reducir o incluso eliminar los problemas mencionados anteriormente que aparecen en la técnica anterior.
Un objeto de la invención es proporcionar un método que permita la producción de cartón multicapa con una resistencia a la tracción en la dirección z mejorada y la reducción del riesgo de delaminación del cartón multicapa.
Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una composición acuosa para mejorar la resistencia a la tracción en la dirección z de un cartón multicapa que se puede aplicar fácilmente sobre una superficie de la red fibrosa húmeda.
Con el fin de conseguir, entre otros, los objetos presentados anteriormente, la invención se caracteriza por lo que se presenta en las partes caracterizadoras de las reivindicaciones independientes adjuntas.
Algunas realizaciones preferidas de la invención se describirán en las otras reivindicaciones.
Las realizaciones y ventajas mencionadas en este texto se refieren, cuando sea aplicable, tanto al método, la composición y el cartón, así como a los usos según la invención, aunque no siempre se mencione específicamente.
Un método típico según la invención se refiere a una fabricación de un cartón multicapa, que comprende al menos dos capas fibrosas, y cuyas capas están formadas por múltiples unidades de formación separadas, en donde al menos parte del agua se drena de al menos una capa fibrosa, las capas se unen entre sí, y las capas unidas se someten a drenaje adicional, prensado en húmedo y secado para obtener el producto de cartón multicapa. En un método típico según la invención, al menos una capa fibrosa del cartón multicapa se trata aplicando una solución acuosa de un primer componente de resistencia en forma disuelta que comprende polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia sobre una superficie de la capa, superficie que está dispuesta para estar en contacto con otra capa del cartón multicapa que se va a producir, antes de unir las capas entre sí, y se añade una solución acuosa de un segundo componente catiónico de resistencia en forma disuelta al material de fibra a partir del cual se forma al menos una de las capas fibrosas unidas entre sí.
Un cartón multicapa típico producido mediante el método según la presente invención comprende al menos dos capas fibrosas.
Una composición acuosa típica para mejorar la resistencia a la tracción en la dirección z de un cartón multicapa tiene una viscosidad inferior a 100 mPas, preferiblemente 1,4 - 100 mPas, y más preferiblemente 1,4 - 50 mPas medida mediante un viscosímetro Brookfield LV DV1 con un adaptador de muestra pequeño usando rpm máximas permitidas por el equipo, instantáneamente después del mezclado, a la temperatura y el contenido de sólidos predominantes en el tiempo de aplicación, y la composición comprende
- un primer componente de resistencia en forma disuelta que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia, y
- almidón granular, preferiblemente almidón no iónico granular, no degradado o no iónico no degradado,
en donde la relación en peso del primer componente de resistencia al almidón granular es de 0,02:1 a 3:1 (seco/seco), preferiblemente de 0,05:1 a 0,9:1 (seco/seco), y más preferiblemente de 0,1:1 -0,4:1 (seco/seco).
Se usa preferiblemente una composición acuosa para mejorar la resistencia a la tracción en la dirección z de un cartón multicapa aplicando, antes de unir las capas fibrosas entre sí, una solución acuosa de la composición sobre una superficie de al menos una capa fibrosa que tiene una sequedad del 0,5 - 25 %, preferiblemente del 1,5 - 20 % y más preferiblemente del 2 - 18 %, y cuya superficie está dispuesta para estar en contacto con una superficie de otra capa fibrosa del cartón multicapa que va a producirse, tras unir las capas.
Ahora, se ha encontrado que la resistencia de la unión interna, representada típicamente por la resistencia a la tracción en la dirección z, del cartón multicapa puede mejorarse cuando se aplica un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia sobre una superficie de al menos una capa fibrosa sobre una sección de alambre cuando la sequedad de la capa, a la que se aplica el primer componente de resistencia, está típicamente en el intervalo del 0,5-25 %, y cuya superficie está dispuesta para estar en contacto con una superficie de otra capa fibrosa del cartón multicapa que se va a producir, es decir, la superficie tratada reside dentro del producto de cartón multicapa final. Además del primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia, el segundo componente catiónico de resistencia también se introduce en el proceso de fabricación del cartón multicapa. Según la presente invención, se introduce un segundo componente catiónico de resistencia añadiendo una solución acuosa de un segundo componente catiónico de resistencia en forma disuelta al material de fibra a partir del cual se forma al menos una de las capas fibrosas unidas entre sí. En una realización preferida, se añade un segundo componente catiónico de resistencia al material de fibra a partir del cual se forma la capa fibrosa para ser tratada adicionalmente con el primer componente de resistencia. Según la presente invención, se introducen cargas tanto aniónicas como catiónicas en la(s) capa(s) fibrosa(s), y de este modo puede proporcionarse una resistencia de la unión interna mejorada. Especialmente, cuando el primer componente de resistencia aplicado sobre la superficie de la capa fibrosa comprende cargas tanto catiónicas como aniónicas, la penetración del primer componente de resistencia a las capas fibrosas puede verse impedida adicionalmente, por lo que permanece mejor sobre las superficies de las capas fibrosas, o la línea de unión de las capas unidas, y proporciona una resistencia de la unión interna mejorada adicional.
La presente invención se desarrolla para la fabricación de un cartón multicapa a partir de material(es) de fibra que comprende fibras de fabricación de papel, y en cuyo método al menos la primera capa fibrosa y la segunda capa fibrosa se forman por la primera unidad de formación de alambre y la segunda unidad de formación de alambre y al menos parte del agua se drena en una sección de alambre desde al menos una capa, después de drenar en la sección de alambre las capas fibrosas formadas se unen entre sí y las capas fibrosas unidas se someten a drenaje adicional, prensado en húmedo y secado para formar el producto de cartón multicapa. La fabricación de las capas fibrosas usando unidades de formación separadas permite la aplicación de un primer componente de resistencia sobre una superficie de al menos una capa, cuya superficie está en contacto con otra capa del cartón multicapa final, antes de unir las capas. Por lo tanto, el primer componente de resistencia se puede aplicar sobre las superficies internas del cartón multicapa.
Un método según la presente invención proporciona especialmente una resistencia a la tracción en la dirección z mejorada de un cartón multicapa que comprende al menos dos capas fibrosas. La resistencia a la tracción en la dirección z se define como la fuerza requerida para producir una fractura de área unitaria perpendicular al plano del tablero (kPa). Usando el método según la invención también puede mejorarse cualquiera de los siguientes por separado o simultáneamente: resistencia a la rotura, agarre en seco IGT (resistencia superficial), prueba de cera Dennison, unión Scott, resistencia a la tracción en la dirección de la máquina (MD) y dirección transversal (CD), resistencia a la compresión medida mediante prueba de compresión de corto alcance (SCT), valor de prueba media de Concora (CMT) para el estriado, valor de prueba de aplastamiento del anillo (RCT) para el revestimiento y rigidez a la flexión.
Según la presente invención, un cartón multicapa puede ser cualquier cartón multicapa, que comprende al menos dos capas fibrosas y se produce usando un método según la presente invención. La invención se implementa de manera particularmente ventajosa cuando se forman cartoncillos, cartón de envasado de líquidos, revestimientos superiores blancos, revestimientos kraft, revestimientos de prueba, cartón acanalado, cartón prensado, tableros centrales, alacenas o cartón prensado con revestimiento blanco. Los cartones multicapa típicos tales como cartoncillo plegable (FBB), cartón de envasado de líquidos y cartón prensado con revestimiento blanco (WLCB) requieren una buena unión de las láminas medida como unión Scott o resistencia a la tracción en la dirección z o prueba de arranque en seco IGT o cera Dennison y rigidez a la flexión, y por lo tanto la presente invención es adecuada para estos cartones. Los revestimientos, por ejemplo, revestimientos de prueba de multilaminado con capas de fracción de fibra corta y fracción de fibra larga, y cartones acanalados multilaminados, requieren resistencia a SCT, estallido, CMT y RCT. En los métodos usados comúnmente, estos grados se tratan con una composición de encolado superficial aplicada con una prensa de encolado sobre una banda de fibras multicapa que tiene una sequedad de al menos el 60 % para dar resistencia al estallido. Sin embargo, el almidón de encolado superficial aplicado con la prensa de encolado no penetra de manera uniforme a través del espesor del cartón y, por lo tanto, la estructura central del cartón multicapa permanece más débil. Con la presente invención, especialmente la estructura central del cartón multicapa puede reforzarse ya que el primer componente de resistencia se aplica sobre la superficie de la capa de fibra húmeda o banda sobre la sección de alambre y, por lo tanto, la formación de enlaces iónicos con el segundo componente catiónico de resistencia puede comenzar ya en la sección de alambre y los componentes de resistencia se fijan a la capa fibrosa.
Para revestimientos superiores blancos que tienen una capa superior blanqueada delgada y una capa posterior más gruesa marrón (fibra reciclada y/o sin blanquear), es importante obtener resistencia en la estructura central, medida, por ejemplo, mediante unión Scott, para mejorar la capacidad de impresión. Además, para el tablero central que tiene un alto espesor, es importante una buena unión Scott. Típicamente, se aplican altas dosis de almidón granular entre las capas que requieren velocidades de máquina más bajas de manera que todo el almidón granular se gelatiniza en la sección de secado para hacerlo capaz de formar enlaces de hidrógeno y proporcionar resistencia. En la presente invención se forman enlaces iónicos que no requieren el tiempo de secado más largo para proporcionar el efecto de resistencia. Por lo tanto, el método según la presente invención también proporciona velocidades de máquina más altas.
Como la presente invención aplica el tratamiento con el primer componente de resistencia entre las capas de la estructura de cartón multicapa, el consumo de los componentes de resistencia necesarios para el nivel de resistencia deseado es menor en comparación con el tratamiento de todo el material de fibra de una o más de las capas. Adicionalmente, pueden usarse calidades de fibra más bajas tales como fibras recicladas o fibras menos refinadas en las capas sin comprometer la resistencia del cartón multicapa final.
Especialmente, el método según la invención es beneficioso para la fabricación de calidades de cartón multicapa que se van a imprimir. La capacidad de impresión de los cartones puede mejorar, ya que la resistencia interna entre las capas es mejor y se reduce el riesgo de que las capas se rajen durante la impresión.
La presente invención mejora la resistencia de la unión interna entre las capas del cartón multicapa, y por lo tanto también se ha observado que un método según la presente invención permite un uso de las fibras con un grado de refinado más bajo que mejora la deshidratación de la banda multicapa, y también se puede mejorar la capacidad de funcionamiento de la máquina.
Descripción de los dibujos
La invención se describirá con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos, en donde
La Fig. 1 es una imagen de microscopio de una banda de fibras multicapa en donde se ha aplicado una composición acuosa según la invención entre las capas, y la Fig. 2 es una imagen de microscopio de referencia de una banda de fibras multicapa en donde se ha aplicado una solución acuosa de almidón granular entre las capas.
Descripción detallada de la invención
En la presente descripción de la invención, los términos "un cartón multicapa", "un tablero multicapa" y "un tablero multilaminado" se refieren a un producto de cartón multicapa que comprende al menos dos capas fibrosas. Un número de capas del cartón multicapa no está limitado, pero el método según la invención es aplicable a todo tipo de estructuras de cartón multicapa independientemente del número y calidad de las capas.
En una realización típica de la presente solicitud, un cartón multicapa o multilaminado se fabrica típicamente a partir de bandas fibrosas formadas por múltiples unidades de formación separadas, en donde cada una de la banda fibrosa húmeda, es decir, la capa fibrosa, se forma a partir de un material de fibra mediante el uso de la propia unidad de formación y al menos parte del agua se drena en una sección de alambre, y las bandas fibrosas formadas se unen entre sí y las bandas fibrosas unidas se someten a un drenaje adicional, prensado en húmedo y secado para obtener el producto de cartón multicapa. La unidad de formación se refiere a cualquier disposición que pueda usarse para formar una banda fibrosa húmeda a partir de material fibroso, y con cuya disposición se forman primero bandas fibrosas húmedas separadas en el alambre o similar y en la etapa posterior las bandas fibrosas separadas al menos parcialmente drenadas se unen a una banda multicapa. La unidad de formación puede comprender una caja de cabeza o un formador de cilindro. Según una realización de la invención, al menos una primera banda fibrosa húmeda y una segunda banda fibrosa húmeda se forman usando una primera caja de cabeza y una segunda caja de cabeza y las bandas fibrosas formadas se unen entre sí para obtener la banda fibrosa multicapa. El cartón multicapa puede contener un tipo diferente de material de fibra en cada capa, y así las bandas fibrosas del cartón multicapa pueden formarse a partir de materiales de fibra separados o el mismo material de fibra puede alimentarse a varias cajas de cabeza. Una o más capas del producto de cartón multicapa también se pueden formar usando una caja de cabeza multicapa, en donde la o las bandas multicapa obtenidas se pueden usar como una capa fibrosa del cartón multicapa según la presente invención. La caja de cabeza multicapa no es un sistema de múltiples unidades de formación separadas, como se entiende en la invención.
Según una realización de la invención, una o más capas del cartón multicapa también se pueden formar usando unidades de formación de modo que la capa fibrosa sea un flujo de labios de la caja de cabeza o un chorro de la caja de cabeza. Por lo tanto, una capa del cartón multicapa puede fabricarse a partir de una banda fibrosa formada por una unidad de formación, en donde la banda o capa fibrosa se forma a partir de un material de fibra y al menos parte del agua se drena en una sección de alambre desde ella, y luego se aplica otra capa fibrosa sobre la superficie de la banda fibrosa al menos parcialmente drenada y las capas fibrosas unidas se someten a drenaje adicional, prensado en húmedo y secado para obtener el producto de cartón multicapa. Otra capa fibrosa aplicada sobre la superficie de la primera capa no está necesariamente sometida al drenaje antes de la unión.
Según la invención, la solución acuosa del primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia se aplica sobre una superficie de al menos una capa fibrosa húmeda o banda sobre una sección de alambre, cuando la sequedad de la capa fibrosa es del 2 - 18 % y preferiblemente del 10 - 15 %, y cuya superficie está dispuesta para estar en contacto con una superficie de otra capa fibrosa del cartón multicapa que va a producirse. La sequedad de otra banda de capa fibrosa, con la que se une la capa fibrosa tratada, puede diferir de la sequedad de la capa fibrosa que se va a tratar con el primer componente de resistencia, es decir, la capa fibrosa húmeda se puede unir entre sí en diferentes valores de sequedad u otra capa fibrosa no se somete al drenaje en absoluto. Los valores de sequedad mencionados anteriormente se divulgan especialmente en la capa fibrosa que se va a tratar con el primer componente de resistencia, pero típicamente la sequedad de toda la capa fibrosa húmeda puede estar en el intervalo definido anteriormente. Cuando la materia prima de fibra entra en la caja de cabeza, su nivel de sequedad es típicamente mayor o igual al 0,3 % y menor del 2 %. La primera eliminación de agua de la capa o banda fibrosa se realiza cuando la banda fibrosa entra en la sección de alambre desde la caja de cabeza. El proceso de eliminación de agua en la sección de alambre se consigue en varias etapas. El mecanismo físico de eliminación de agua en cada una de las etapas puede ser diferente. Por ejemplo, la eliminación de agua puede realizarse por gravedad, pulsos de presión, fuerzas g o filtración al vacío. Hay varios elementos y disposiciones de deshidratación diferentes disponibles para realizar la eliminación de agua en la sección de alambre, tales como láminas, rodillos, cajas de succión, placas cargables, etc. El método según la invención es aplicable para ser utilizado con todo tipo de elementos y disposiciones de eliminación de agua. Después de la sección de alambre, la sequedad de la banda o capa fibrosa es típicamente del 14 - 22 %. Típicamente, la sequedad de la banda fibrosa aumenta adicionalmente hasta el 40-55 % durante el prensado en húmedo. La aplicación del primer componente de resistencia sobre una superficie de la banda o capa fibrosa se realiza preferiblemente sobre la sección de alambre, preferiblemente mediante pulverización. Según la presente invención, un primer componente de resistencia puede aplicarse inmediatamente después de la caja de cabeza cuando se ha formado la capa fibrosa. Principalmente, la resistencia de la unión de las láminas es aportada por la formación de enlaces de hidrógeno fibrafibra, por lo que es ventajoso unir las capas fibrosas y, por lo tanto, aplicar el primer componente de resistencia cuando la sequedad de la capa es como máximo del 25 %, es decir, cuando las fibras todavía tienen suficiente capacidad para formar enlaces de hidrógeno. También es ventajoso que la sequedad sea lo suficientemente alta como para que las capas húmedas no se dañen cuando se unen entre sí. Más preferiblemente, el primer componente de resistencia se aplica sobre una superficie de la capa fibrosa húmeda, cuando la sequedad de la capa fibrosa es de aproximadamente el 10-15 %, entonces la lixiviación del primer componente de resistencia con el agua eliminada puede reducirse de la manera más eficiente y el primer componente de resistencia puede permanecer cerca de la línea de unión de la capa unida.
Según la realización típica de la invención, el método presentado utiliza múltiples unidades de formación separadas y luego es posible la aplicación de un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia sobre una superficie de al menos una capa fibrosa húmeda, cuya superficie está en contacto con otra capa en el cartón multicapa final, antes de unir las capas fibrosas. Por lo tanto, después de que se forme al menos una capa fibrosa húmeda, y preferiblemente al menos se drena parcialmente, se aplica un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia sobre una superficie de al menos una banda fibrosa antes de unir las capas fibrosas entre sí. Preferiblemente, un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia se aplica sobre la superficie de al menos una capa del cartón multicapa que se va a producir, cuya superficie está dispuesta para estar en contacto con otra capa del cartón multicapa que se va a producir. Adicionalmente, según la presente invención, se añade un segundo componente catiónico de resistencia a la materia de fibra de al menos una de las capas fibrosas unidas entre sí antes de formar la capa fibrosa a partir de la materia de fibra. La cationicidad del segundo componente de resistencia mejora la retención del primer componente de resistencia en la capa de fibra, formando enlaces iónicos entre el primer y el segundo componente de resistencia. Al usar tanto el primer componente de resistencia como el segundo componente catiónico de resistencia, puede ser posible obtener una resistencia más alta, tal como resistencia a la tracción en la dirección z y/o resistencia a la rotura y/o resistencia a la compresión a corto plazo, que cuando se usan los componentes de resistencia solos, incluso a dosis elevadas. En una realización de la presente invención, se aplica un primer componente de resistencia sobre una superficie de la capa fibrosa, que se forma a partir del material de fibra que comprende el segundo componente catiónico de resistencia añadido, es decir, al menos una capa fibrosa del cartón multicapa se trata aplicando una solución acuosa de un primer componente de resistencia en forma disuelta que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia sobre una superficie de la capa y añadiendo una solución acuosa de un segundo componente catiónico de resistencia en forma disuelta al material de fibra a partir del cual se forma la capa. En otra realización de la presente invención, se aplica un primer componente de resistencia sobre una superficie de la capa fibrosa, que está dispuesta para estar en contacto con la capa que se forma a partir del material de fibra que comprende el segundo componente catiónico de resistencia añadido.
Según la presente invención, los componentes de resistencia se aplican como soluciones acuosas. Una solución acuosa del componente de resistencia en forma disuelta significa que al menos el 70 % en peso del componente de resistencia se disuelve con sólo algo de componente no disuelto presente. Por ejemplo, si la solución acuosa se alimenta a través de un tamiz que tiene aberturas de 100 pm y se enjuaga según sea necesario, permanece como máximo el 30 % en peso del componente de resistencia en la solución acuosa permanece. Los componentes de resistencia están en forma disuelta en las soluciones acuosas. En una realización preferida según la invención, un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia es hidrófilo, es decir, esencialmente desprovisto de grupo hidrófobo, para maximizar las interacciones basadas en enlaces iónicos y enlaces de hidrógeno. Más preferiblemente, ambos componentes de resistencia según la presente invención son solubles en agua e hidrófilos.
Según la invención, un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia se aplica sobre la superficie de al menos una capa fibrosa y se añade un segundo componente catiónico de resistencia a la materia de fibra, a partir de la cual se forma al menos una de las capas fibrosas unidas entre sí. Según la invención, un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia y un segundo componente catiónico de resistencia se añaden preferiblemente a la misma capa del cartón multicapa.
Según una realización de la presente invención, un primer componente de resistencia comprende el polímero aniónico de resistencia que comprende un polímero de vinilo aniónico, carboximetilcelulosa (CMC) o cualquier combinación de los mismos. Un peso molecular promedio en peso de CMC es típicamente < 2.000.000 g/mol.
Según una realización de la invención, un peso molecular promedio en peso de polímero de vinilo aniónico es < 20.000.000 g/mol, preferiblemente < 5.000.000 g/mol o < 1.000.000 g/mol. Además, según algunas realizaciones de la presente invención, un peso molecular promedio en peso de CMC y polímero de vinilo aniónico es >50.000 g/mol, preferiblemente >200.000 g/mol o >400.000 g/mol para potenciar las interacciones entre polímeros y fibras. Un peso molecular más bajo de los polímeros puede favorecer la unión con residuos aniónicos, cargas y finos, mientras que un peso molecular más alto potencia la unión con fibras. Un peso molecular promedio en peso de un polímero de vinilo aniónico entre 400.000-1.000.000 g/mol es especialmente efectivo ya que proporciona una buena unión con cargas y finos, pero también con fibras largas.
Según otra realización de la presente invención, un primer componente de resistencia comprende una composición de polímero anfótero de resistencia. El polímero anfótero de resistencia tiene la capacidad de hacer un enlace iónico entre los polímeros en la composición anfótera. Esta autoreticulación por enlace iónico permite aumentar el tamaño del polímero. Otra ventaja de la composición de polímero anfótero es que puede cambiar la carga iónica si se aplica en un pH diferente al pH de la banda. En comparación con un primer componente de resistencia que comprende el polímero aniónico de resistencia, el pH de la composición de polímero anfótero de resistencia puede ser ventajoso para pulverizar, por ejemplo, debido a una menor viscosidad, y en el pH de aplicación, el polímero anfótero puede tener más interacciones iónicas con la banda que contiene aditivos de extremo húmedo tales como almidón catiónico.
En una realización según la invención, un primer componente de resistencia comprende una composición de polímero anfótero de resistencia que comprende polímero de vinilo anfótero, o una combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia aniónica y polímero(s) catiónico(s) de resistencia. En la presente invención, un primer componente de resistencia que comprende una composición de polímero anfótero de resistencia significa que dicha composición tiene cargas aniónicas y catiónicas presentes a pH 7. Preferiblemente, la composición de polímero anfótero de resistencia tiene una carga catiónica de 0,1 - 2 meq/g (seca) a pH 2,7.
Según una realización de la invención, la composición de polímero anfótero de resistencia comprende polímero de vinilo anfótero, que comprende al menos monómero aniónico y monómero catiónico, y opcionalmente monómero no iónico. Según una realización, el polímero de vinilo anfótero comprende 2-20 % en moles y preferiblemente 2-8 % en moles de monómeros aniónicos, 0,5-18 % en moles y preferiblemente 0,5-5 % en moles de monómeros catiónicos, y 65-95 % en moles, preferiblemente 85-95 % en moles de monómeros no iónicos.
Según otra realización de la invención, la composición de polímero anfótero de resistencia comprende una combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia. La combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia puede estar en cualquier forma, por ejemplo, complejo de múltiples iones o mezcla de polímero(s). En la combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia, puede haber enlaces iónicos entre los polímeros, pero la mezcla de polímero(s) también puede comprender una mezcla de polímero(s) sin enlaces iónicos entre los componentes, ya que los enlaces iónicos dependen del pH de la composición. Según una realización de la invención, la combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia comprende polímero aniónico de resistencia que comprende polímero de vinilo aniónico, carboximetilcelulosa (CMC) o cualquier combinación de los mismos, y polímero catiónico de resistencia que comprende polímero de vinilo catiónico, almidón catiónico, poliamina o cualquier combinación de los mismos. Según una realización preferida de la invención, un polímero catiónico comprende al menos monómeros de vinilo, tales como acrilamida. Los ejemplos de polímero de vinilo catiónico incluyen poliacrilamidas catiónicas (CPAM), tales como copolímeros de acrilamida y al menos un monómero de vinilo catiónico como cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) o cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl); polímeros de vinilo catiónicos glioxilados, tales como poliDADMAC glioxilado;polivinilaminas (PVAM), tales como poli-N-vinilformamidas parcial o completamente hidrolizadas; homopolímero(s) catiónico(s) y cualquier combinación de los mismos. Los ejemplos de poliamina incluyen poliamidoamina, copolímero de dimetilamina y epiclorhidrina, copolímero de dimetilamina, epiclorhidrina y etilendiamina, poliamidoamina epiclorhidrina, polietilenimina y cualquier combinación de estas. En una combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia, el polímero catiónico de resistencia puede ser un polímero catiónico, tal como almidón catiónico. En una realización de la invención, el polímero catiónico tiene una densidad de carga de 0,2 - 3 meq/g (seco), y preferiblemente 0,4 - 2 meq/g (seco), medida a pH 7. Según una realización de la invención, el almidón catiónico usado en la combinación puede tener un peso molecular promedio PM en el intervalo de 10.000.000 - 400.000.000 Da, preferiblemente 50.000.000 -400.000.000 Da, más preferiblemente 100.000.000 -400.000.000 Da. El almidón catiónico puede ser almidón catiónico no degradado, que comprende unidades de amilopectina. En una realización preferida según la invención, una combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia comprende polímero vinílico aniónico como polímero aniónico de resistencia y almidón catiónico como polímero catiónico de resistencia. Más preferiblemente, una combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia comprende polímero de vinil acrilamida y almidón catiónico no degradado. Por motivos de claridad, como se usan soluciones acuosas del primer componente de resistencia y el segundo componente catiónico de resistencia, en forma disuelta, es evidente que el almidón granular, incluso si comprende cargas aniónicas y/o catiónicas, no está englobado por expresiones del primer componente de resistencia y el segundo componente catiónico de resistencia.
Según una realización de la invención, un primer componente de resistencia puede comprender tanto un polímero aniónico de resistencia como una composición de polímero anfótero de resistencia. Los polímeros y composiciones preferidos son los mismos que se han divulgado más detalladamente anteriormente.
Según una realización de la invención, la viscosidad del polímero aniónico de resistencia o la composición de polímero anfótero de resistencia puede estar en el intervalo de 5-10.000 mPas, medida al 2 % en peso de sólidos a pH 7 y 23 °C usando un viscosímetro Brookfield LVDV1 con un adaptador de muestra pequeño usando rpm máximas permitidas por el equipo.
Según una realización de la invención, un primer componente de resistencia que comprende el polímero aniónico de resistencia y/o la composición de polímero anfótero de resistencia tiene carga neta aniónica, a pH 7. Según la invención, el primer componente de resistencia tiene una carga neta de -0,1 --3,0 meq/g (seco), más preferiblemente -0,2 - -1,0 meq/g (seco) a pH 7. Aunque la carga neta aniónica proporciona una buena interacción con el segundo componente catiónico de resistencia y evita la sobrecationización de las fibras o el agua blanca, las cargas netas en los intervalos especificados facilitan intervalos de dosificación más amplios, cuando se usan materiales de fibra que tienen valores de potencial zeta típicos tales como -30 mV - 0 mV, con un riesgo disminuido de provocar repulsión de carga entre las fibras y/o las capas fibrosas. En una realización, un primer componente de resistencia que comprende el polímero aniónico de resistencia puede tener una carga aniónica de 0,1 - 5 meq/g (seco), preferiblemente 0,2 - 3,5 meq/g (seco), más preferiblemente 0,5 - 3,5 meq/g (seco), a pH 7, para proporcionar una buena interacción con el segundo componente catiónico de resistencia. Una mayor anionicidad puede causar fuerzas de repulsión entre las fibras. La carga neutra neta puede provocar el colapso del tamaño del polímero, cuando las cargas catiónicas y aniónicas se neutralizan entre sí.
En una realización de la invención, un primer componente de resistencia que comprende la composición de polímero anfótero de resistencia, preferiblemente el polímero vinílico anfótero o la combinación de polímero(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia, puede tener una densidad de carga de -3,5 meq/g - 1,0 meq/g (seco), preferiblemente -2,5 meq/g - -0,1 meq/g (seco), más preferiblemente -2 meq/g - -0,5 meq/g (seco), a pH 7. Preferiblemente, un primer componente de resistencia que comprende la composición de polímero anfótero de resistencia tiene una carga neta al pH de la composición acuosa que se va a aplicar, menor de -0,1 meq/g (seco) o mayor de 0,1 meq/g (seco), con el fin de evitar la gelificación de la composición de polímero anfótero de resistencia.
Según una realización de la presente invención, se puede añadir una solución acuosa del segundo componente catiónico de resistencia con cargas catiónicas a pH 7 a un material de fibra a partir del cual se forma al menos una de las capas fibrosas unidas entre sí. El segundo componente de resistencia que se va a añadir al material de fibra puede comprender polímero catiónico de resistencia que comprende almidón catiónico y/o polímero(s) catiónico(s) de resistencia sintéticos, tal como polímero(s) de vinilo catiónico tal como poliacrilamida catiónica (CPAM), polímeros de vinilo catiónicos glioxilados, tal como poliacrilamida catiónica glioxilada (GPAM), polivinilaminas (PVAM) tal como poli-N-vinilformamidas parcial o completamente hidrolizadas, o polímero(s) catiónico(s) de condensación, tal como polietilenimina (PEI) o poliamidoamina epiclorhidrina (PAE). En una realización preferida, el segundo componente de resistencia comprende almidón catiónico y/o polímero vinílico catiónico, más preferiblemente se usa almidón catiónico como el segundo componente de resistencia. El almidón catiónico puede ser almidón cocido no degradado, que tiene típicamente un grado de sustitución catiónico DS 0,015-0,06. Preferiblemente, el almidón catiónico es almidón de patata, maíz o tapioca. El polímero catiónico de resistencia sintético puede tener un peso molecular promedio PM en el intervalo de 400.000 - 3.000.000 Da. El peso molecular puede medirse, por ejemplo, mediante calibración de GPC SEC óxido de polietileno PEO. Preferiblemente, el polímero catiónico de resistencia sintético puede tener una densidad de carga de 0,5 - 4 meq/g (seco), preferiblemente 0,5 - 2,5 meq/g (seco), más preferiblemente 0,6 -1,8 meq/g (seco), a pH 7. Estas densidades de carga del polímero catiónico de resistencia sintético pueden proporcionar una buena interacción con el primer componente de resistencia y las propiedades de resistencia deseadas con cantidades de dosificación sustancialmente pequeñas.
Según una realización de la invención, un primer componente de resistencia y un segundo componente catiónico de resistencia se pueden aplicar de tal manera que una relación de "las cargas añadidas, medidas a pH 7 del primer componente de resistencia" a "las cargas añadidas, medidas a pH 7 del segundo componente catiónico de resistencia", añadidas a la capa del cartón multicapa, esté en un intervalo de 0,05:1 -2:1, preferiblemente 0,3:1 -1:1. De esta manera, se pueden obtener buenas interacciones entre el primer componente de resistencia y el segundo componente catiónico de resistencia, proporcionando un efecto de resistencia mejorado, evitando aún dosis excesivas de los componentes.
Según la invención, se aplica una solución acuosa del primer componente de resistencia sobre la superficie de al menos una capa fibrosa. En una realización preferida de la invención, se aplica una solución acuosa del primer componente de resistencia sobre la superficie de al menos una capa fibrosa en combinación con almidón granular. Preferiblemente, el primer componente de resistencia se aplica sobre la superficie de al menos una capa fibrosa en combinación con almidón no iónico granular, no degradado o no iónico, no degradado. La aplicación con almidón granular mejora la adhesión del componente polimérico a la capa fibrosa, tal como una banda fibrosa. Cuando se usa tanto almidón granular como el primer componente de resistencia, la resistencia se genera tanto por la formación de enlaces de hidrógeno una vez que el almidón granular aplicado se ha gelatinizado, como por la formación de enlaces iónicos por las especies cargadas, que no compiten entre sí por los sitios de unión, sino que son complementarios. Adicionalmente, el almidón granular es móvil y puede penetrar en las capas a la sequedad baja de la banda, y esto puede reducirse por la presencia del primer componente de resistencia aumentando la viscosidad de la solución aplicada. Por almidón granular se entiende almidón que es capaz de gelatinizarse cuando se calienta por encima de su temperatura de gelatinización. Cuando se aplica a la capa, el almidón granular no está en su forma gelatinizada. La gelatinización del almidón granular puede lograrse, por ejemplo, cuando la banda húmeda multicapa que comprende almidón granular se seca en la sección de secado. Típicamente, el almidón granular es almidón sin cocer. El almidón granular puede modificarse químicamente, por ejemplo, para comprender grupos cargados aniónicos y/o catiónicos. En algunas realizaciones, el almidón granular es esencialmente no iónico, para reducir o evitar la formación de complejos entre el almidón granular y el primer componente de resistencia cuando llevan cargas opuestas. Esencialmente no iónico significa que no ha sido derivatizado aniónicamente o catiónicamente, sino que puede contener naturalmente cantidades residuales de cargas aniónicas y/o catiónicas. En algunas realizaciones, el almidón granular es almidón esencialmente no degradado, ya que puede ser más resistente a la gelatinización prematura, por ejemplo, cuando la temperatura de aplicación es ligeramente elevada. Esencialmente no degradado significa que no se ha sometido a un proceso unitario de degradación, sino que puede haber experimentado degradación parcial durante otro proceso unitario, tal como durante la modificación química. Más preferiblemente, el almidón granular es almidón no iónico no degradado. Según una realización de la invención, una concentración de almidón granular, tal como almidón granular no iónico, no degradado o no degradado no iónico, puede estar en el intervalo del 0,1 - 30 % en peso, preferiblemente del 1 - 8 % en peso, y más preferiblemente del 1 - 6 % en peso, calculado a partir de la solución acuosa, en la solución.
Según una realización de la invención, el primer componente de resistencia y el almidón granular se aplican sobre una superficie del cartón en una relación en peso de 0,02:1 a 3:1 (seco/seco), preferiblemente de 0,05:1 a 0,9:1 (seco/seco) y más preferiblemente de 0,1:1 a 0,4:1 (seco/seco).
Una composición acuosa típica que se va a aplicar sobre la superficie de la capa fibrosa tiene una viscosidad inferior a 100 mPas, típicamente la viscosidad está en el intervalo de 1,4 -100 mPas, preferiblemente 1,4 - 50 mPas y más preferiblemente 2 - 30 mPas o 2 -15 mPas medida mediante un viscosímetro Brookfield LV DV1 con un adaptador de muestra pequeño usando rpm máximas permitidas por el equipo, instantáneamente después del mezclado, a la temperatura predominante y el contenido de sólidos en el tiempo de aplicación, y comprende
- un primer componente de resistencia en forma disuelta que comprende polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia, y
- almidón granular, preferiblemente almidón granular no iónico, no degradado o no degradado, no iónico,
en donde la relación en peso del primer componente de resistencia al almidón granular es de 0,02:1 a 3:1 (seco/seco), preferiblemente de 0,05:1 a 0,9:1 (seco/seco) y más preferiblemente de 0,1:1 -0,4:1 (seco/seco). La temperatura y el contenido de sólidos predominantes en el momento de la aplicación se refieren a las condiciones predominantes presentes en el momento en el que dicha solución acuosa se aplica sobre la superficie de la capa fibrosa.
Según una realización de la invención, la composición acuosa que se va a aplicar sobre la superficie de la capa fibrosa tiene una viscosidad por debajo de 100 mPas, típicamente la viscosidad está en el intervalo de 1,4 - 100 mPas, preferiblemente 1,4 - 50 mPas y más preferiblemente 2 - 30 mPas o 2 -15 mPas medida mediante un viscosímetro Brookfield LV DV1 con un adaptador de muestra pequeño usando rpm máximas permitidas por el equipo, instantáneamente después del mezclado, a la temperatura y el contenido de sólidos predominantes en el momento de la aplicación, y comprende el primer componente de resistencia que comprende polímero aniónico de resistencia, que comprende un polímero de vinilo aniónico, carboximetilcelulosa o cualquier combinación de los mismos.
Según otra realización de la invención, la composición acuosa que se va a aplicar sobre la superficie de la capa fibrosa tiene una viscosidad por debajo de 100 mPas, típicamente la viscosidad está en el intervalo de 1,4 - 100 mPas, preferiblemente 1,4 - 50 mPas y más preferiblemente 2 - 30 mPas o 2 -15 mPas medida mediante un viscosímetro Brookfield LV DV1 con un adaptador de muestra pequeño usando rpm máximas permitidas por el equipo, instantáneamente después del mezclado, a la temperatura y el contenido de sólidos predominantes en el momento de la aplicación, y comprende el primer componente de resistencia que comprende una composición de polímero anfótero de resistencia que comprende polímeros de vinilo anfóteros, o una combinación de polímeros(s) aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia, en donde la combinación puede comprender polímero aniónico de resistencia que comprende polímero de vinilo aniónico, carboximetilcelulosa o cualquier combinación de los mismos, y polímero catiónico de resistencia que comprende polímero de vinilo catiónico, almidón catiónico, poliamina o cualquier combinación de los mismos. Según una realización de la invención, la composición acuosa que se va a aplicar sobre la superficie de la capa fibrosa comprende el primer componente de resistencia que comprende tanto un polímero aniónico de resistencia como una composición de polímero anfótero de resistencia. Según una realización de la invención, la composición acuosa que se va a aplicar sobre la superficie de la capa fibrosa comprende almidón granular en una concentración del 0,1 - 30 % en peso, preferiblemente 1 - 8 % en peso, calculada a partir de la composición acuosa. La composición acuosa tiene carga aniónica neta, medida a pH 7.
En una realización preferida según la invención, se aplica una solución acuosa que contiene el primer componente de resistencia, que contiene polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia y, opcionalmente, almidón granular, sobre la superficie de al menos una capa de fibras por pulverización o por aplicación de capa de espuma. En una realización preferida de la invención, se aplica por pulverización una solución acuosa que comprende el primer componente de resistencia y opcionalmente almidón granular sobre la superficie de al menos una capa fibrosa. Por lo tanto, una viscosidad de una solución acuosa que comprende el primer componente de resistencia que comprende polímero aniónico de resistencia y/o composición polimérica anfótera de resistencia y opcionalmente almidón granular debe ser aplicable a la pulverización. Además, una temperatura de aplicación debe ser apropiada con el fin de eliminar la gelatinización del almidón durante la pulverización. Según la invención, una temperatura de aplicación de una solución acuosa que comprende el primer componente de resistencia que comprende polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia, y opcionalmente almidón granular, es típicamente de aproximadamente 20 °C. La temperatura de aplicación puede estar en el intervalo de 5 - 60 °C o 20 - 40 °C.
Según una realización típica de la invención, el pH de una solución acuosa que comprende el primer componente de resistencia que comprende polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia es de aproximadamente 3-5, tal como 4-4,5, cuando la solución acuosa se aplica a una superficie de la capa fibrosa. El pH de la capa o banda fibrosa está típicamente entre 6 y 9, tal como aproximadamente 7. Por lo tanto, especialmente cuando una solución acuosa del primer componente de resistencia que comprende una composición de polímero anfótero de resistencia que tiene un pH más bajo que el pH de la suspensión de fibras, al menos parte de las cargas aniónicas del componente anfótero se formarán justo sobre la superficie de la capa fibrosa. Esto proporciona, por ejemplo, que la solución acuosa se puede aplicar con una viscosidad más baja y después de la aplicación, se puede formar una estructura compleja del polímero anfótero como consecuencia del cambio de pH y, por lo tanto, se retiene mejor en la superficie de la capa fibrosa.
Según la presente invención, un primer componente de resistencia que comprende un polímero aniónico de resistencia y/o una composición de polímero anfótero de resistencia se aplica sobre una superficie de al menos una capa fibrosa antes de unir las capas fibrosas entre sí. Una aplicación del primer componente de resistencia se lleva a cabo preferiblemente justo antes de unir las capas fibrosas, pero la aplicación puede disponerse en cualquier punto entre la unidad de formación y la disposición de unión de las capas fibrosas. Preferiblemente, se aplica un primer componente de resistencia sobre la(s) superficie(s) de la(s) capa(s) interna(s) del cartón multicapa que se va a producir. El primer componente de resistencia puede aplicarse solo a algunas de las capas internas o puede aplicarse a todas las capas internas del cartón multicapa que se va a producir. Según una realización de la invención, la capa interna es una capa o capas entre la capa superior y la capa posterior. Según una realización preferida de la invención, el primer componente de resistencia se aplica sobre una superficie de la capa fibrosa del cartón multicapa. Típicamente, la superficie es la superficie de la capa que puede afectar principalmente a la posible delaminación. En una realización, el primer componente de resistencia se aplica sobre la superficie de la capa que está en el medio del cartón multicapa final cuando se calcula en relación con el gramaje del cartón. La sequedad de las capas fibrosas en el momento de aplicar el primer componente de resistencia, y opcionalmente el almidón granular, puede ser del 0,5 -25 %, preferiblemente del 1,5 - 20 % y más preferiblemente del 2 - 18 % e incluso más preferiblemente del 10 - 15 % para evitar demasiada penetración del componente de resistencia aplicado y para facilitar aún la unión de las capas fibrosas después de la aplicación. La unión a sequedad superior puede dar como resultado una formación de unión fibra-fibra insuficiente y, por lo tanto, una resistencia a la tracción en la dirección z inferior. El agua aplicada junto con el componente de resistencia puede mejorar aún más la formación de enlaces fibra-fibra en la unión.
Cuando se han producido capas del cartón multicapa a partir de los materiales de fibra que comprenden diferentes características, la resistencia de unión interna deseada entre las capas podría ser un problema. En una realización de la invención, se puede aplicar un primer componente de resistencia sobre la superficie de la capa, capa que se ha producido a partir de material de fibra que tiene el valor de drenaje más alto en el cartón multicapa, cuando se mide a partir de material grueso dosificado al flujo de aproximación de la unidad de formación. Esto también se aplica a cartón de 2 láminas. Preferiblemente, la capacidad de drenaje es >200 ml, >400 ml, incluso >550 ml en la capa, en donde se aplica el primer componente de resistencia.
En algunas realizaciones, se puede aplicar un primer componente de resistencia sobre la superficie de la capa, capa que tiene el valor de volumen más alto en el cartón multicapa, cuando se mide a partir de una hoja de mano hecha de material denso dosificado al flujo de aproximación de la unidad de formación. El valor de volumen se determina en una hoja de mano hecha de material grueso según el método estándar. Esto también se aplica a cartón de 2 capas. Preferiblemente, el volumen es >1,5, >2,0, incluso >3, determinado por el formador de lámina Rapid Kochen usado según el método según la norma ISO 5269-2:2012.
La cantidad del primer componente de resistencia que se aplicará sobre la superficie de la capa fibrosa depende, por ejemplo, de la composición del primer componente de resistencia, el material de fibra y las características requeridas del cartón multicapa que se va a producir. En una realización típica de la invención, se puede aplicar un primer componente de resistencia sobre una superficie de la capa fibrosa en una cantidad de 0,02 -1,0 g/m3, preferiblemente 0,05 - 0,5 g/m2 y más preferiblemente 0,08 - 0,3 g/m2. Si una solución acuosa del primer componente de resistencia también comprende almidón granular, el almidón se aplica típicamente sobre una superficie de la capa fibrosa en una cantidad de 0,05 - 3 g/m2.
Se puede añadir un segundo componente catiónico de resistencia a un material de fibras en una cantidad de 2 - 25 kg/tonelada de material de fibras seco en caso de almidón catiónico, o 0,7 - 5 kg/tonelada de material de fibras seco en caso de polímero catiónico de resistencia sintético. Un segundo componente de resistencia puede añadirse al material fino o material grueso. En una realización preferida, el segundo componente de resistencia se añade al material grueso. Por material grueso se entiende en este caso un material o pasta fibrosa que presenta una consistencia de al menos 20 g/l, preferiblemente de más de 25 g/l, de manera particularmente preferida de más de 30 g/l. Según una realización, la adición del segundo componente de resistencia se ubica después de las torres de almacenamiento de material, pero antes de diluir el material grueso. En el presente contexto, el término "material de fibra" se entiende como una suspensión acuosa, que comprende fibras y opcionalmente cargas. Un material de fibra puede comprender material de fibra reciclada y/o papel de desecho. Un material de fibra puede ser pasta de papel o residuos mixtos de envases corrugados viejos (OCC). Un material de fibra también puede ser pasta quimiotermomecánica (CTMP) o pasta mecánica, tal como pasta termomecánica (TMP), madera molida presurizada (PGW), pasta mecánica de peróxido alcalino (APMP) o madera molida de piedra (SGW).
Según la presente invención, un cartón multicapa puede ser cualquier cartón multicapa, que comprende al menos dos capas fibrosas y se produce usando un método según la presente invención. La invención se implementa de manera particularmente ventajosa cuando se forman cartoncillos plegables, cartón de envasado de líquidos, revestimientos superiores blancos, revestimientos kraft, revestimientos de prueba, cartón acanalado, de yeso, cartón prensado, cartón central, alacenas o cartón prensado con revestimiento blanco. Sin embargo, la invención también puede implementarse cuando se forman otras bandas de papel o cartón que comprenden al menos dos capas. Según una realización de la invención, un cartón o papel multicapa también se refiere a papeles de embalaje. En algunas realizaciones de la invención, el cartón comprende además un recubrimiento que contiene pigmentos minerales, e impresión offset.
Los cartones multicapa gruesos se benefician más del método de fabricación según la presente invención, porque puede ser necesario que los cartones gruesos se formen a partir de múltiples láminas para mantener la velocidad de fabricación deseada, tal como > 300 m/min y por lo tanto la resistencia a la tracción en la dirección z del cartón puede convertirse en un problema. Según una realización preferida de la invención, un cartón multicapa puede tener un espesor total de más de 100 pm o más de 150 pm y preferiblemente más de 200 pm.
Experimental
Ejemplo 1
Este ejemplo simula la preparación de cartón multicapa, tal como cartón de revestimiento, cartón prensado con revestimiento blanco o cartón central. Las láminas de ensayo se fabricaron con un formador de hojas de mano dinámico Formette fabricado por Techpap.
Se hizo que el material de fibra de ensayo simulase fibra reciclada. Como materia prima, se usó el cartón testliner de Centroeuropa. Este testliner contiene aproximadamente un 17 % de cenizas y un 5 % de almidón de encolado superficial. Se preparó agua de dilución a partir de agua del grifo ajustando la concentración de Ca2+ a 520 mg/l por CaCl<2>y ajustando la conductividad a 4 mS/cm con NaCl. El cartón testliner se cortó en cuadrados de 2 * 2 cm. Se calentaron 2,7 l de agua de dilución hasta 70 °C. Las piezas del testliner se humedecieron durante 10 minutos en agua de dilución a una concentración del 2 % antes de la desintegración. La suspensión de sólidos se disgregó en un desintegrador de jarra Britt con 30.000 rotaciones. La pasta se diluyó hasta el 0,6 % añadiendo agua de dilución. Los productos químicos de ensayo se prepararon según la Tabla 1. ;;Se añadió material de fibra de ensayo al formador dinámico de hojas de mano Formette de Techpap. Se realizaron adiciones químicas al tanque de mezclado de Formette según la Tabla 2. Todas las cantidades químicas se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seco. El ensayo se realizó a temperatura ambiente. El tambor se hizo funcionar con 1.000 rpm, mezclador para pulpa 400 rpm, bomba de pulpa 1.100 rpm/min, toda la pulpa se pulverizó. La capa posterior de 50 g/m2 se formó primero, después la capa de pulverización que consistía en 2 litros de agua, almidón granular y producto químico de ensayo y finalmente la capa superior de 50 g/m2. La concentración de la banda era de aproximadamente el 1 %, cuando se pulverizaron almidón y producto químico de ensayo entre las capas. Típicamente, las concentraciones son menores en el equipo de laboratorio en comparación con la máquina de cartón para obtener resultados de calidad uniforme y repetibles. Al final, se drenó todo el agua. El tiempo de recogida fue de 60 s. La hoja se retiró del tambor entre la tela metálica y 1 papel secante en el otro lado de la hoja. Se retiraron el papel secante húmedo y la tela metálica. Las hojas se prensaron en húmedo en una prensa de presión Techpap con una presión de 4,5 bar con 2 pasadas que tenían nuevo papel secante a cada lado de la hoja antes de cada pasada. Las hojas se cortaron a 15 cm * 20 cm de tamaño. Las hojas se secaron en condiciones restringidas en secadores restringidos de STFI 10 min a 130 °C. Antes de la prueba en el laboratorio, las hojas se acondicionaron previamente durante 24 h a 23 °C en 50 % de humedad relativa, según ISO 187. La tracción en la dirección Z (ZDT) se midió según ISO 15754. La resistencia a la compresión a corto plazo (SCT) se midió en la dirección transversal (CD) según la norma ISO 9895. La resistencia al estallido (estallido) se midió según Tappi T 569.
Tabla 1. Sustancias químicas de ensayo. (Pm = peso molecular promedio en peso)
Tabla 2. Adiciones químicas.
Los resultados de resistencia de las hojas de mano dinámicas se presentan en la Tabla 3. El ensayo 1 fue de referencia y los puntos de ensayo 2-6 fueron según la invención. Todas las propiedades de resistencia mejoraron en comparación con la referencia. El peso molecular más alto de la composición fue el que más mejoró la z Dt . La viscosidad de la suspensión de sólidos de pulverización limita la dosificación o el peso molecular del polímero lineal usado en la composición de pulverización. Por otro lado, no es factible reducir el contenido de sólidos de la composición acuosa a aplicar, para evitar el riesgo de rotura de la banda y reducir la necesidad de capacidad de drenaje adicional. El peso molecular también ha afectado a la reología de la suspensión de sólidos de pulverización que penetra en la banda fibrosa húmeda. Sería beneficioso para la ZDT, que el almidón nativo se retuviera en la banda fibrosa entre las capas y no pasara a través de la estructura de la hoja, lo que puede controlarse por la viscosidad de la composición acuosa que comprende el almidón granular. La SCT y la resistencia al estallido son importantes para el cartón de revestimiento. Los tres parámetros de resistencia son necesarios para la fabricación del revestimiento superior blanco.
La Tabla 4 muestra cómo influye el primer componente de resistencia en la viscosidad. Las viscosidades se midieron con un viscosímetro Brookfield LV DV1 con un adaptador de muestra pequeño, usando las máximas rpm permitidas por el equipo, instantáneamente a partir de las suspensiones de sólidos mixtas para evitar la sedimentación de los gránulos de almidón. Para conseguir un resultado de pulverización uniforme, las viscosidades deben ser lo suficientemente bajas, por ejemplo, <100 mPas. Para mejorar la retención de almidón granular y unir el almidón granular entre las capas, es beneficioso que la viscosidad se eleve desde el nivel obtenido con la suspensión de sólidos del almidón granular.
Tabla 3. Mediciones de resistencia.
Tabla 4. Viscosidad de la composición acuosa que comprende almidón granular y primer componente de resistencia.
Ejemplo 2
En este Ejemplo, se tomaron imágenes de microscopía óptica (anchura 1 mm, altura 0,1 mm) de una lámina cortada en dirección transversal coloreada con solución de yodo. La Fig. 1 presenta una imagen de microscopio de un cartón multicapa en donde se ha aplicado una composición acuosa según la invención entre las capas, y la Fig. 2 presenta una imagen de microscopio de referencia de un cartón multicapa en donde se ha aplicado una solución acuosa de almidón granular entre las capas. Las imágenes incluyen la capa intermedia y la capa posterior de un cartón multicapa. La capa posterior (lado de la tela metálica) del cartón multicapa está en el lado inferior en la imagen. La línea de unión entre la capa intermedia y la capa posterior se ha apuntado con una flecha en las Figuras. Las pastas de las capas superior y posterior fueron pastas kraft blanqueadas refinadas a SR 25, y la pasta de la capa media era CTMP blanqueada refinada a 440 ml de CSF, y el papel de desecho se disgregó de hojas de cartoncillo plegable de igual manera a la pasta de papel de este ensayo.
Los cartones multicapa se fabricaron usando un formador dinámico de hojas de mano. El ciclo de preparación de la hoja se completó según el ejemplo 1. El cartón multicapa tiene la siguiente composición presentada en la Tabla 5.
Tabla 5.
Además, se añadieron 5 kg/t de almidón cocido catiónico a las pastas de las capas superior, media y posterior. En el caso de referencia de la Fig. 2, sólo se ha aplicado almidón nativo granular de 0,8 g/m2 entre las capas por pulverización (es decir, sin ningún polímero en combinación con el almidón granular). En el caso de la Fig. 1, se han aplicado 0,8 g/m2 de almidón nativo granular y 0,4 g/m2 de composición de polímero anfótero de resistencia entre las capas por pulverización.
A partir de las Figuras 1 y 2, se puede observar que hay más gránulos de almidón teñidos con yodo (manchas oscuras) entre las capas cuando se usa el método según la invención. Los gránulos de almidón se mantienen en la línea de unión entre las capas cuando se usa la composición de polímero anfótero de resistencia según la presente invención como se muestra en la Fig. 1, mientras que en la Figura 2 de referencia, los gránulos de almidón se han retirado por lavado con el agua eliminada.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar un cartón multicapa, que comprende al menos dos capas fibrosas y cuyas capas se forman mediante múltiples unidades de formación separadas, en donde al menos parte del agua se drena de al menos una capa, las capas se unen entre sí, y las capas unidas se someten a drenaje adicional, prensado en húmedo y secado para obtener el producto de cartón multicapa, y en cuyo método al menos una capa fibrosa del cartón multicapa se trata aplicando una solución acuosa de un primer componente de resistencia en forma disuelta sobre una superficie de la capa, cuya superficie está dispuesta para estar en contacto con otra capa del cartón multicapa que se va a producir, antes de unir las capas fibrosas entre sí, y se añade una solución acuosa de un segundo componente catiónico de resistencia en forma disuelta al material de fibra a partir del cual se forma al menos una de las capas fibrosas unidas entre sí, caracterizado porque
- el primer componente de resistencia comprende polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia que tiene una carga neta de -0,1 -3,0 meq/g (seco) a pH 7, y la composición que comprende dicho primer componente de resistencia tiene una viscosidad de 1,4 -100 mPas medida mediante un viscosímetro Brookfield LV<d>V1 con un adaptador de muestra pequeño usando rpm máximas permitidas por el equipo, instantáneamente después del mezclado, a la temperatura y el contenido de sólidos predominantes en el momento de la aplicación, en donde
- el polímero aniónico de resistencia comprende polímero de vinilo aniónico, carboximetilcelulosa o cualquier combinación de los mismos, y
- el polímero anfótero de resistencia comprende polímero vinílico anfótero, o una combinación de polímero(s) de aniónico(s) de resistencia y polímero(s) catiónico(s) de resistencia, en donde el polímero aniónico de resistencia comprende polímero vinílico aniónico, carboximetilcelulosa o cualquier combinación de los mismos, y el polímero catiónico de resistencia comprende polímero vinílico catiónico, almidón catiónico, poliamina o cualquier combinación de los mismos,
- el segundo componente catiónico de resistencia comprende almidón catiónico que tiene un grado de sustitución catiónico de 0,015 - 0,06, y/o polímero catiónico de resistencia sintético que tiene un peso molecular promedio en peso de 400.000 - 3.000.000 Da medido por calibración de GPC SEC de óxido de polietileno PEO, y densidad de carga de 0,5 - 4 meq/g (seco) a pH 7, y en donde el segundo componente catiónico de resistencia se añade en una cantidad de 2-25 kg/tonelada de material de fibra como seco en el caso de almidón catiónico o 0,7-5 kg/tonelada de material de fibra como seco en el caso de polímero catiónico de resistencia sintético,
y porque se aplica una solución acuosa de un primer componente de resistencia sobre una superficie de la capa, cuando la sequedad de la capa fibrosa es del 2 - 18 %, expresada como una cantidad de agua eliminada de la capa fibrosa.
2. El método según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer componente de resistencia que comprende el polímero aniónico de resistencia y/o la composición de polímero anfótero de resistencia tiene carga neta aniónica a pH 7.
3. El método según la reivindicación 2, caracterizado porque el primer componente de resistencia tiene una carga neta de -0,2--1,0 meq/g (seco) a pH 7.
4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer componente de resistencia que comprende el polímero aniónico de resistencia tiene una carga aniónica de 0,1 - 5 meq/g (seco), preferiblemente 0,2 - 3,5 meq/g (seco), más preferiblemente 0,5 - 3,5 meq/g (seco) a pH 7.
5. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer componente de resistencia que comprende polímero aniónico de resistencia y/o composición de polímero anfótero de resistencia es hidrófilo.
6. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la solución acuosa del primer componente de resistencia se aplica sobre la superficie de la capa por pulverización o por aplicación de capa de espuma, preferiblemente por pulverización.
7. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la solución acuosa del primer componente de resistencia se aplica sobre la superficie de la capa fibrosa en combinación con un almidón granular, preferiblemente almidón granular no iónico, no degradado o no degradado, no iónico.
8. El método según la reivindicación 7, caracterizado porque el primer componente de resistencia y el almidón granular se aplican en una relación en peso de 0,02:1 a 3:1 (seco/seco), preferiblemente de 0,05:1 a 0,9:1 (seco/seco) y más preferiblemente de 0,1:1 -0,4:1 (seco/seco).
9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer componente de resistencia y el segundo componente catiónico de resistencia se aplican de tal manera que una relación de "las cargas añadidas, medidas a pH 7 del primer componente de resistencia" a "las cargas añadidas, medidas a pH 7 del segundo componente catiónico de resistencia" está en un intervalo de 0,05:1 -2:1, preferiblemente 0,3:1 -1:1.
10. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el primer componente de resistencia se aplica sobre la superficie de la capa, capa que se ha producido a partir de material de fibra que tiene el valor de capacidad de drenaje más alto en el cartón multicapa, cuando se mide a partir de material grueso dosificado al flujo de aproximación de la unidad de formación, o
el primer componente de resistencia se aplica sobre la superficie de la capa, capa que tiene el valor de volumen más alto en el cartón multicapa, cuando se mide a partir de una hoja de mano hecha a partir del material grueso dosificado al flujo de aproximación de la unidad de formación.
11. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se aplica el primer componente de resistencia sobre al menos una superficie de la capa en una cantidad de 0,02 - 1,0 g (seco)/m2, preferiblemente 0,05 - 0,5 g (seco)/m2y más preferiblemente 0,08-0,3 g (seco)/m2.
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