ITMI20121647A1 - Abbattitori di fluorescenza per il trattamento superficiale della carta - Google Patents
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Description
“ABBATTITORI DI FLUORESCENZA PER IL TRATTAMENTO SUPERFICIALE DELLA CARTA”
La presente invenzione descrive composizioni comprendenti 2-idrossibenzofenoni idrosolubili come abbattitori di fluorescenza per il trattamento superficiale della carta. L'invenzione riguarda anche un processo per inibire l’effetto dei candeggianti ottici anionici nel corso dei trattamenti superficiali di patinatura o in size press, che comprende l’applicazione superficiale sulla carta di dette composizioni.
Stato della tecnica
I candeggianti ottici sono largamente utilizzati nell’industria cartaria per migliorare le proprietà ottiche, e soprattutto il grado di bianco delle materie prime quali fibre e pigmenti. A tale scopo vengono aggiunti agli impasti fibrosi o incorporati nelle ricette per i trattamenti superficiali di patina (composizioni comprendenti principalmente un pigmento minerale e un adesivo) o size press (soluzioni acquose principalmente a base di un legante tipo amido).
Tuttavia, durante la fabbricazione della carta ci sono alcune situazioni in cui è necessario ridurre la fluorescenza; ad esempio molte macchine continue hanno la necessità di produrre alternativamente carte con diverso target di grado di bianco oppure carte otticate e successivamente non otticate.
Quando è in corso una fabbricazione di carta ad alto bianco e viene programmata una produzione a grado di bianco inferiore (oppure di carta non fluorescente), la fluorescenza residua presente nella macchina continua rimane per molte ore nel ciclo della macchina, contaminando la produzione successiva, producendo lunghi scarti di cambio produzione.
La pulizia del ciclo è molto costosa sia dal punto di vista economico che in termini di tempo, ed ovviamente influisce negativamente sull’efficienza e sulla capacità produttiva del processo.
Il problema è da tempo stato risolto sulle materie prime fibrose e sulle acque del sotto tela (parte umida della macchina continua):
Ad esempio, US 6143888 descrive l’utilizzo in impasto di derivati triazinici in grado di assorbire i raggi UVA; molto più comune è invece l’utilizzo di polimeri cationici come ad esempio polimeri imidoazolinici (come ad esempio la sostanza avente CAS n° 263745-23-9 o formulati facilmente reperibili sul mercato con nomi commerciali Nofluor, Gloquench o Cartarex).
Ma lo svantaggio di questi prodotti è dovuto al fatto che il loro carattere cationico e il loro pH acido non ne permette l’utilizzo in formulazioni alcaline, tra cui le ricette utilizzate per il trattamento superficiale di patinatura.
Salvo rare eccezioni infatti, le formulazioni della patina hanno un pH compreso tra 8 e 10,5.
I quenchers attualmente diffusi sul mercato sono insolubili e instabili in condizioni neutro-basiche; formano quindi precipitati che destabilizzano la ricetta della patina rendendola inapplicabile in macchina continua.
GB 2174731 cita genericamente la possibilità di utilizzare derivati benzofenonici come quenchers per substrati di carta.
Descrizione dell'invenzione
Sorprendentemente è stato trovato che specifici composti a struttura benzofenonica, i 2-idrossibenzofenoni idrosolubili o solubili in acqua almeno in una forma salificata, o i loro sali e più preferibilmente il benzofenone con nome INCI Benzofenone-4 (sostanza di formula 1), preferibilmente formulati in soluzioni a pH neutro (quindi salificati, preferibilmente come sali sodici, potassici, ammonici, di trietanolammina o dimetilamminoetanolo) sono compatibili con le ricette alcaline della patina; l’applicazione di queste soluzioni permette di regolare l’intensità del candeggio in superficie durante i cambi di produzione, con la possibilità di ridurre la quantità di carta non in specifica ed evitare la creazione di scarti di patina su produzioni a batch, con un benefico impatto anche dal punto di vista ambientale.
formula 1
Inoltre è stata verificata con esito positivo l’applicabilità del composto di formula 1 anche in ricette per il trattamento in size press (pressa collante).
Secondo la presente invenzione viene quindi fornita una composizione per il trattamento superficiale della carta che comprenda una sostanza sbiancante fluorescente (candeggiante ottico) da inibire e:
almeno un 2-idrossibenzofenone o un suo sale idrosolubile; uno o più leganti di tipo sintetico o naturale normalmente utilizzati per il trattamento superficiale della carta anche in miscela tra loro; eventualmente un pigmento minerale normalmente utilizzato per il trattamento superficiale della carta.
Esempi di candeggianti ottici comprendono preferibilmente quelli delle categorie dei distirilbifenili e degli stilbenici, in particolare delle sottocategorie stilbeniche dei disolfonati, tetrasolfonati ed esasolfonati.
Più in particolare esempi di candeggianti ottici usati sono: gli Optiblanc (3V Sigma SpA) come Optiblanc NL, Optiblanc CB Slurry, Optiblanc AFW, Optiblanc SLK, Optiblanc KLN, Optiblanc XL, i Tinopal (Basi) come Tinopal UP, Tinopal ABPz, Tinopal SK, Tinopal CBS-X, i Blancophor (Kemira o Blancophor) come il Blancophor UW/S, il Blancophor TP0306 i Leucophor (Clariant) come Leucophor AF, Leucophor UKO, Leucophor SAC, Leucophor N.
Esempi di 2-idrossibenzofenoni idrosolubili o solubilizzabili per salificazione in acqua comprendono i benzofenoni con nome INCI: Benzofenone-4 (numero CAS 4065-45-6 - Uvasorb S5 di 3V Sigma SpA) e il corrispondente sale sodico Benzofenone-5 (numero CAS RN 6628-37-1 ) e il Benzofenone-9 (numero CAS 76656-36-5 - Uvinul 3048 di Basi).
Esempi di legante sintetico comprendono carbossimetilcellulosa, idrossialchilcellulosa, polivinilalcol e lattici polimerici come copolimeri acrilici, stirene/butadiene e/o stirene/acrilato, vinilacetato, eventualmente modificati con T introduzione di un terzo monomero come acrilonitrile, acrilammide, acido acrilico, acido metacrilico, acido maleico, vinil cloruro, vinil esteri, etilene, o loro miscele.
Esempi di leganti naturali comprendono caseina, amido, amilosio, amilopectina.
Esempi di pigmenti comprendono carbonato di calcio, silice, caolino, talco, biossido di titanio, bario solfato, idrossido di alluminio, bianco satin o loro miscele. Il pigmento è sempre presente nel caso di composizioni per il trattamento di superficie in patina mentre può non essere presente in composizioni per applicazioni superficiali con pressa collante.
Nelle composizioni per la patinatura della carta, la quantità dei pigmenti minerali è in genere compresa tra il 70% ed il 90% in peso, mentre la quantità di leganti è preferibilmente compresa tra 2 e 25% in peso (percentuali calcolate rispetto al contenuto secco della composizione).
Il trattamento superficiale della carta con pressa collante, anche detto trattamento in size press, consiste nell'applicazione sulla superficie del foglio di carta o cartone di uno o più strati uniformi di soluzioni acquose a base di un legante, preferibilmente amido, generalmente compreso nella composizione in quantità tra il 3% in peso ed il 20% in peso, e più preferibilmente, tra il 6% ed il 12% in peso.
Per le applicazioni superficiali in patina, la concentrazione di abbattitore di fluorescenza (quencher) a base di 2-idrossibenzofenone idrosolubile nella composizione dell'invenzione è compresa tra 0,005% e 3,00% e più preferibilmente tra 0,02 % e 0,40%, riferito al peso secco totale della composizione.
Per le applicazioni superficiali in size press, la concentrazione di quencher a base di 2-idrossibenzofenone idrosolubile nella composizione dell'invenzione è compresa tra 0,05 grammi/litro e 50 grammi/litro e più preferibilmente tra 1 grammi/litro e 20 grammi/litro.
La composizione per il trattamento superficiale della carta dell'invenzione può inoltre contenere opzionalmente altri additivi comunemente utilizzati quali antischiuma, coloranti, disperdenti, sali di metalli divalenti come calcio e magnesio, agenti reticolanti, lubrificanti, correttori di pH, biocidi e conservanti, modificatori di reologia e ritenzione d’acqua.
La composizione per il trattamento della carta secondo la presente invenzione è applicata in forma di dispersione in ambiente acquoso; i componenti della composizione possono essere miscelati in qualsiasi ordine, ed applicati su qualsiasi supporto cartaceo utilizzando un qualsiasi metodo atto allo scopo, come la patinatura (mediante patinatrici a lame metalliche, a rullini livellanti, con spazzole, a lama d’aria, a coltelli, a compressione, a tendina, ecc.) o la size press (mediante presse collanti).
Tipicamente, una soluzione acquosa di uno o più 2-idrossibenzofenoni idrosolubili o solubili in acqua almeno in una forma salificata, o i loro sali, viene aggiunta e miscelata alla composizione per il trattamento superficiale della carta contenente una sostanza sbiancante fluorescente (candeggiante ottico), uno o più leganti ed eventualmente un pigmento.
La successiva immobilizzazione ed asciugatura della composizione per il trattamento superficiale della carta può essere effettuata con aria calda e/o irraggiamento IR e/o con cilindri essiccatori riscaldati a vapore, e a seguire con calandratura a caldo.
L’invenzione è meglio illustrata nei seguenti esempi.
Pur essendo possibile il loro utilizzo in polvere o semplicemente prediluiti in acqua, i 2-idrossibenzofenoni idrosolubili sono preferibilmente formulati in soluzioni a pH neutro prima del dosaggio nelle composizioni per il trattamento superficiale della carta; la sostanza di formula 1 (Benzofenone-4 avente nome commerciale Uvasorb S-5) è stata quindi formulata in soluzione acquosa e salificata con trietanolammina come descritto nel seguente esempio formulativol per ottenere il Prototipo 1, utilizzato per tutti i test applicativi di seguito riportati.
Esempio formulativo 1 (Prototipo 1 ovvero PI - Uvasorb S-5 10% sale di trietanolammina).
7,48 grammi di Uvasorb S-5 sono stati sciolti in 60,04 grammi di acqua demineralizzata; la soluzione così ottenuta è stata addittivata con 3,50 grammi di trietanolammina e successivamente 3,74 grammi di urea tecnica.
Sono stati così ottenuti 74,76 grammi di un campione a pH 6.97, con contenuto di Uvasorb S-5 pari a 10,0% e contenuto di urea pari a 5,0%.
Il campione è risultato stabile a T=40°C e T=5°C per 30 giorni sia dal punto di vista fisico (la soluzione rimane limpida) sia dal punto di vista chimico, in quanto lo spettro di assorbimento da 190 a 400 nm eseguito mediante uno spettrofotometro Lambda35 PerkinElmer effettuato ad inizio e alla fine dei test di stabilità rimane invariato nel tempo come andamento ed intensità dell’assorbanza al variare della lunghezza d’onda.
Di seguito vengono riportati a titolo unicamente dimostrativo altri esempi formulativi di prototipi a pH neutro:
Esempio formulativo 2 (sale sodico)
3,74 grammi di Uvasorb S-5 sono stati sciolti in 66,05 grammi di acqua demineralizzata. Successivamente sono stati aggiunti sotto agitazione a temperatura ambiente 5,01 grammi di NaOH al 10%.
Sono stati così ottenuti 74,80 grammi di un campione a pH 7.00 con contenuto di Uvasorb S-5 pari a 5,0%.
Esempio formulativo 3 (sale di dimetilammino etanolo)
7,05 grammi di Uvasorb S-5 sono stati sciolti in 61,50 grammi di acqua demineralizzata. Successivamente sono stati aggiunti sotto agitazione a temperatura ambiente 1,98 grammi di dimetilammino etanolo.
Sono stati così ottenuti 70,53 grammi di un campione a pH 7.01 con contenuto di Uvasorb S-5 pari a 10,0%.
Esempio formulativo 4 (sale di trietanolammina)
7,05 grammi di Uvasorb S-5 sono stati sciolti in 60,13 grammi di acqua demineralizzata. Successivamente sono stati aggiunti sotto agitazione a temperatura ambiente 3,27 grammi di trietanolammina.
Sono stati così ottenuti 70,45 grammi di un campione a pH 6.89 con contenuto di Uvasorb S-5 pari a 10,0%.
Esempi applicativi
La valutazione del grado di bianco D65/10<0>Brightness (R457+ e R457-) è stata eseguita mediante l’utilizzo di un riflettometro ELREPHO LWE450-X Datacolor, secondo la norma ISO 2470-2.
Negli esempi applicativi 1, 2, 3 e 6, fu utilizzata carta di supporto tipo “Fabriano 2 Liscio”; negli esempi applicativi 4 e 5, fu utilizzata carta di supporto non otticata tipo “Balans”. La seguente tabella riporta proprietà ottiche e grammatura di entrambi i supporti cartacei.
Tutti i provini furono prodotti applicando, mediante una racla da laboratorio, uno strato uniforme di composizione per il trattamento superficiale della carta. Al termine dell’applicazione i provini furono protetti dalla luce e asciugati a temperatura ambiente per un’ora.
Il valore di fluorescenza residua % è stato espresso mediante il rapporto tra delta brightness del campione rispetto al delta brightness del riferimento senza quencher.
Per le applicazioni in patina (esempi applicativi 1, 2, 3 e 4), tutti i dosaggi di sbiancante ottico e quencher sono riferiti al secco della formulazione; le applicazioni in size press (esempi applicativi 5 e 6) il dosaggio è espresso in grammi di prodotto per litro di composizione.
Esempio applicativo 1
Una composizione per la patinatura della carta, formulata secondo la seguente ricetta:
CaC03Hydrocarb 90AV 90 parti
Caolino Hydrafine 10 parti
Legante sintetico Acronal S728 10 parti
CMC FinnfixlO 0,3 parti
PVOH Mowiol 4-98 0,5 parti
NaOH fino pH = 9,5
sbiancante ottico Optiblanc KLN 2,0% (riferito al secco della patina) secco finale 69,00%
grammatura applicata 24 g/m
fu divisa in 6 porzioni. Una porzione fu lasciata tal quale (ovvero inalterata per riferimento), ciascuna delle altre porzioni fu addizionata con quantitativi crescenti di prototipo 1. Le composizioni così ottenute furono applicate sulla carta di supporto ed i provini risultanti sottoposti a misura del grado di bianco D65/10<0>Brightness con e senza filtro UV in modo da determinarne la fluorescenza:
La seguente tabella 1 e la figura 1 riportano i dati rilevati sui provini:
Tabella 1
L’abbattimento della fluorescenza dello strato di patina (otticata con un
candeggiante ottico stilbenico esasolfonato) risulta evidente.
Durante il test applicativo non è stato rilevato nessun agglomerato o
residuo (valutazione visiva e setaccio 250micron) né alcuna sensibile
modifica di viscosità o reologia della patina.
Esempio applicativo 2
Una composizione per la patinatura della carta formulata secondo la
seguente ricetta:
CaC03Covercarb 75 80 parti
Caolino Hydrafine 20 parti Legante sintetico Stironal D517 10 parti
CMC FinnfixlO 0,6 parti
NaOH fino pH = 9,0 sbiancante ottico Optiblanc XL 0,8% (riferito al secco della patina) secco finale 65,00% grammatura applicata 24 g/m<2>
fu divisa in 6 porzioni. Una porzione fu lasciata tal quale (ovvero inalterata per riferimento), mentre ciascuna delle altre porzioni fu addizionata con quantitativi crescenti di prototipo 1. Le composizioni così ottenute furono applicate sulla carta di supporto ed i provini risultanti sottoposti a misura del grado di bianco D65/10º Brightness con e senza filtro UV in modo da determinarne la fluorescenza:
La seguente tabella 2 e la figura 2 riportano i dati rilevati sui provini:
Tabella 2
Anche in questo caso, il prototipo 1 si è rivelato perfettamente compatibile con la composizione della patina e l abbattimento della fluorescenza è risultato evidente (patina otticata con un candeggiante ottico stilbenico esasolfonato).
Esempio applicativo 3
Una composizione per la patinatura della carta formulata secondo la
seguente ricetta:
CaC03Hydrocarb 90 AV 80 parti
Caolino Hydrafine 20 parti
Legante sintetico Stironal D517 12 parti
CMC FinnfixlO 0,5 parti
NaOH fino pH = 9,0
1,0% (riferito al secco della sbiancante ottico Optiblanc SLK
patina)
secco finale 65,00%
grammatura applicata 12 g/m<2>
fu divisa in 7 porzioni. Una porzione fu lasciata tal quale (ovvero
inalterata per riferimento), mentre ciascuna delle altre porzioni fu addizionata
con quantitativi crescenti di prototipo 1. Le composizioni così ottenute furono
applicate sulla carta di supporto ed i provini risultanti sottoposti a misura del
grado di bianco D65/10º Brightness con e senza filtro UV in modo da
determinarne la fluorescenza:
I dati sono riportati nella seguente tabella 3 e nella figura 3
Tabella 3
In questo caso, dosando 0,12% di benzofenone-4 è possibile ridurre la
fluorescenza del 44% (patina otticata con un candeggiante ottico stilbenico
tetrasolfonato).
Esempio applicativo 4
Una composizione per la patinatura della carta formulata secondo la
seguente ricetta:
CaCO3Hydrocarb 90AV 80 parti Caolino Hydrafine 20 parti Legante sintetico Stironal D517 12 parti
CMC FinnfixlO 0,5 parti Amido C*iCoat 07520 0,9 parti NaOH fino pH = 9,0
1,0% (riferito al secco della sbiancante ottico Optiblanc NL
patina)
secco finale 60,00% grammatura applicata 24 g/m
fu divisa in 8 porzioni. Una porzione fu lasciata tal quale (ovvero inalterata per riferimento), mentre ciascuna delle altre porzioni fu addizionata con quantitativi crescenti di prototipo 1. Le composizioni così ottenute furono applicate sulla carta di supporto selezionata ed i provini risultanti sottoposti a misura del grado di bianco D65/10<0>Brightness con e senza filtro UV in modo da determinarne la fluorescenza:
I dati sono riportati nella seguente tabella 4 e nella figura 4
Tabella 4
Anche in questo caso, il prototipo 1 si è rivelato perfettamente compatibile con la composizione della patina e Γ abbattimento della fluorescenza è risultato evidente (patina otticata con un candeggiante ottico stilbenico disolfonato).
Esempio applicativo 5
Una composizione trattamento superficiale della carta con pressa
collante formulata secondo la seguente ricetta:
salda di amido di mais C*Film 07311 (Cargill) secco finale 7,0%
pH 7,0
sbiancante ottico 30 g/1 Optiblanc XL grammatura secca applicata 1,5 g/mq
fu divisa in 6 porzioni. Una porzione fu lasciata tal quale (ovvero
inalterata per riferimento), mentre ciascuna delle altre porzioni fu addizionata
con quantitativi crescenti di prototipo 1. Dopo idonea agitazione, le
composizioni così ottenute furono applicate sulla carta di supporto selezionata
ed i provini risultanti sottoposti a misura del grado di bianco D65/10<0>
Brightness con e senza filtro UV in modo da determinarne la fluorescenza:
I dati sono riportati nella seguente tabella 5 e nella figura 5
Tabella 5
Anche in size press, l’utilizzo del prototipo 1 ha permesso una visibile
riduzione della fluorescenza senza evidenziare problemi di precipitazione
della soluzione né problemi in fase di applicazione.
Esempio applicativo 6
Una composizione trattamento superficiale della carta con pressa
collante formulata secondo la seguente ricetta:
Salda di amido di mais C*Film TCF07325 (Cargill) secco (105°C) 6,0%
Calcio Cloruro 10 g/1
pH 7,0
sbiancante ottico 25 g/1 Optiblanc XL grammatura secca applicata 1,5 g/mq
fu divisa in 6 porzioni. Una porzione fu lasciata tal quale (ovvero
inalterata per riferimento), mentre ciascuna delle altre porzioni fu addizionata
con quantitativi crescenti di prototipo 1. Dopo idonea agitazione, le
composizioni così ottenute furono applicate sulla carta di supporto selezionata
ed i provini risultanti sottoposti a misura del grado di bianco D65/10<0>
Brightness con e senza filtro UV in modo da determinarne la fluorescenza.
I dati sono riportati nella seguente tabella 6 e nella figura 6
Tabella 6
Anche in questa formulazione per size press l’utilizzo del prototipo 1
ha permesso una visibile riduzione della fluorescenza senza evidenziare
problemi di precipitazione della soluzione né problemi in fase di applicazione.
Claims (9)
- RIVENDICAZIONI 1 . Una composizione per il trattamento superficiale della carta contenente una sostanza sbiancante fluorescente (candeggiante ottico) da inibire e: almeno un 2-idrossibenzofenone idrosolubile o solubile in acqua almeno in una forma salificata, o un suo sale; uno o più leganti di tipo sintetico o naturale normalmente utilizzati per il trattamento superficiale della carta anche in miscela tra loro; eventualmente un pigmento minerale normalmente utilizzato per il trattamento superficiale della carta.
- 2. Composizione secondo la rivendicazione 1 in cui il 2-idrossibenzofenone idrosolubile è il Benzofenone-4 o un suo sale, preferibilmente di sodio (Benzofenone-5), potassio, ammonio, alcanolammine e alchilalcanolammine, preferibilmente trietanolammina o dimetilamminoetanolo .
- 3. Composizione secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui i leganti sintetici sono scelti fra carbossimetilcellulosa, idrossialchilcellulosa, polivinilalcol e lattici polimerici come copolimeri stirene/butadiene e/o stirene/acrilato, vinilacetato, eventualmente modificati con l’introduzione di un terzo monomero come acrilonitrile, acrilammide, acido acrilico, acido metacrilico, acido maleico, vinil cloruro, vinil esteri, etilene e i leganti naturali sono scelti fra caseina, amido, amilosio, amilopectina o loro miscele.
- 4. Composizione secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui il pigmento minerale è scelto fra carbonato di calcio, silice, caolino, talco, biossido di titanio, bario solfato, idrossido di alluminio, bianco satin o loro miscele.
- 5. Composizione secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4 in cui la concentrazione di 2-idrossibenzofenone idrosolubile è compresa tra 0,005% e 3,00%, riferito al peso secco totale della composizione, per l'applicazione superficiale in patina mentre è compresa tra 0,05 grammi/litro e 50 grammi/litro per le applicazioni superficiali in size press.
- 6. Composizione secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 5 contenente inoltre uno o più additivi scelti fra antischiuma, coloranti, disperdenti, sali di metalli divalenti come calcio e magnesio, agenti reticolanti, lubrificanti, correttori di pH, biocidi e conservanti, modificatori di reologia e ritenzione d’acqua.
- 7. Processo per inibire l’effetto dei candeggianti ottici anionici nel corso dei trattamenti superficiali di patinatura o in size press di carta o cartone, che comprende l’applicazione superficiale delle composizioni delle rivendicazioni 1-7 sulla carta da trattare.
- 8. Processo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che una soluzione acquosa di uno o più 2-idrossibenzofenoni idrosolubili o solubili in acqua almeno in una forma salificata, o i loro sali, viene aggiunta e miscelata alla composizione per il trattamento superficiale della carta contenente una sostanza sbiancante fluorescente (candeggiante ottico), uno o più leganti ed eventualmente un pigmento.
- 9. Uso delle composizioni delle rivendicazioni 1-7 per il trattamento superficiale della carta o del cartone mediante l’utilizzo di patinatrici o presse collanti.
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IT (1) | ITMI20121647A1 (it) |
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