MX2012011449A - Composiciones estables y acuosas de polivinilaminas con almidon cationico y utilidad para fabricacion de papel. - Google Patents

Abstract

Se describe una composición acuosa estable que comprende polivinilamina y almidón catiónico líquido en una relación de 90 a 55 partes de polivinilamina sobre una base activa a 10 a 45 partes de almidón catiónico líquido sobre una base activa. La composición se puede usar en fabricación de papel como un auxiliar de resistencia o de drenaje.

Description

COMPOSICIONES ESTABLES Y ACUOSAS DE POLIVINILAMINAS CON ALMIDÓN CATIÓNICO Y UTILIDAD PARA FABRICACIÓN DE PAPEL Campo de la invención Esta invención se refiere a la composición de polivinilamina y almidón catiónico liquido para usarse como un producto resistente en seco para cartón y otros productos de papel. Además, esta invención se refiere a un proceso mejorado de fabricación de cartón usando la composición.

Antecedentes de la invención Soluciones acuosas de polivinilaminas parcialmente y completamente hidrolizadas tienen gran utilidad en la mejora de resistencia en seco del papel, retención y drenaje, control de contaminantes, y eficiencia de aplicación con otros aditivos, es decir, almidón, apresto y antiespumante. Estos efectos positivos son más notables en grados de cartón para contenedor reciclado, pero generalmente se pueden observar en todos los grados de papel y cartón. Las polivinilaminas son altamente efectivas para estos propósitos y tienen uso comercial extensivo. Sin embargo, la química de la polivinilamina es muy costosa de producir. Se desea un producto más ecológico, el cual retenga la misma funcionalidad de un homopolímero de polivinilamina pero que pueda ser fabricado a un costo más bajo con impacto ambiental más bajo.

Las polivinilaminas están hechas típicamente por polimerización de radicales libres en solución de monómero de N-vinilformamida seguido por hidrólisis de base. Estos productos están usualmente en una forma acuosa en sólidos de un polímero de aproximadamente 10-20% en peso seco. La polivinilamina es altamente catiónica en solución debido a su alta densidad de funcionalidad de amina primaria o amidina. En general, un producto de polivinilamina se usa como un solo componente para la fabricación de papel en el extremo unido.

La patente de E.ü.A. 4,940,514 describe utilidad de una mezcla de almidón enzimáticamente digerido y polivinilamina, poli-DADMAC, o poli-vinilimidazolina como un agente de resistencia del papel. Las reivindicaciones requieren que el almidón sea enzimáticamente reducido y esté dentro de una viscosidad de solución especificada. También especifican que la relación de polímero catiónico a almidón sea de 1 a 20 partes de polímero a 100 partes de almidón. La solicitud de patente de E.U.A. 20040112559 describe mezclas de almidón de baja viscosidad y polímeros sintéticos tales como poliacrilamidas y polivinilaminas. Los almidones usados son todos enzimáticamente degradados y tienen baja viscosidad. No hay efectos sinergéticos en esas mezclas.

La solicitud de patente de E.U.A. 20050109476 describe la utilidad de incrementar adsorción de almidón en papel al co-extruir almidón con polivinilamina. La mezcla tiene que pasar a través de un extrusor. La patente de E.U.A. 6,616,807 enseña la reacción de polivinilaminas con almidón. La reacción requiere la adición de la polivinilamina al almidón por arriba de su temperatura de gelatinización. También reclama polivinilaminas como auxiliares de retención de almidón. En este último caso, se utiliza una adición separada para abastecimiento para fabricación de papel.

La patente de E.U.A. 7,074,845 describe mezclas de gránulos de almidón no rotos, hinchados, látex aniónicos y opcionalmente co-aditivos aniónicos o catiónicos que incluyen polivinilamina o poli-DADMAC . La carboximetilcelulosa (CMC) parece preferida como un co-aditivo de los ejemplos. En este caso, el almidón no es completamente cocido, y el látex aniónico también debe estar presente para poner en práctica la invención. La patente de E.U.A. 6,746,542 enseña que las polivinilaminas de reacción de la técnica anterior con almidón mejoro la resistencia del palé, pero dio por resultado reducciones inaceptables en la tasa de producción. La mejora es una adición de dos componentes de polivinilamina u otro "cationizador" de peso molecular bajo y un "auxiliar de drenaje" para el almidón, nuevamente por arriba de la temperatura de gelatinización. El auxiliar de drenaje se selecciona de varios polímeros catiónicos o no iónicos mayores que 1 millón en peso molecular.

Un número de referencias de la técnica anterior se citaron en la patente de E.U.A. 6,746,542. Estas enseñan la adición y reacción de un componente polimérico sintético .a almidón. Todas requieren la adición por "calentamiento", "digestión" o "reacción bajo condiciones alcalinas" para gelatinizar el almidón. Ninguna enseña una mezcla acuosa estable simple de un alto contenido de sólidos y solución de almidón de alta viscosidad y polivinilamina que se puede formar a temperatura ambiente y pH neutro.

La patente de E.U.A. 7,090,745 enseña la producción de hidrogeles mediante reacción de polivinilaminas con azúcares reductores. El alcance de la patente 7,090,745b incluye azúcares poliméricos tales como almidón y celulosa, aunque todos los ejemplos usan azúcares monoméricos. Los hidrogeles son útiles como agentes de resistencia de papel. Los hidrogeles se crean mezclando polivinilamina y un azúcar reductor a temperatura ambiente, después calentando y mezclando la mezcla durante un periodo de tiempo. Los hidrogeles son materiales insolubles en agua y no dispersables en agua.

La solicitud de patente de E.U.A. 20050022956 enseña una composición de apresto de superficie mejorada que incluye un agente de apresto (típicamente almidón) , un polímero catiónico que incluye polivinilamina y un polímero aniónico tal como SMA. El polímero aniónico debe estar presente para poner en práctica la invención reivindicada.

Persiste la necesidad de desarrollar un producto de resistencia en seco basado en polivinilamina, de costo más bajo, más favorable para el ambiente para aplicarse en la fabricación de papel. El producto debe ser equivalente o mejor que la polivinilamina sobre una base activa de peso como una resina de resistencia en seco y un auxiliar de drenaje para cartón de revestimiento reciclado y otros productos de papel. Los inventores sorprendentemente han encontrado que las composiciones de polivinilamina con almidones catiónicos líquidos en ciertas relaciones de polivinilamina a almidón muestran un efecto sinergístico en aplicaciones de fabricación de papel y presentan propiedades mejoradas de resistencia en seco y de drenaje comparadas con polivinilamina sola sobre la misma base activa de peso. Reduce el costo durante el uso en aproximadamente 20%. La mezcla es estable y no adolece de retrogradación de almidón durante el almacenamiento.

Breve descripción de la invención La presente invención provee una composición que comprende una mezcla acuosa de polivinilamina junto con un almidón catiónico liquido con alto contenido de sólidos y alta viscosidad. La composición se puede usar como un aditivo de resistencia en seco que da por resultado productos de cartón que muestran rendimientos de resistencia en seco significativamente mejorado. Las mezclas también se pueden usar para proveer drenaje mejorado para la pulpa de fibra reciclada y productividad de máquina incrementada. El tratamiento con la mezcla inventiva reduce el costo total del material. Además, hay menos desarrollo de resistencia en húmedo que las polivinilaminas usadas solas. Los productos con menos resistencia en húmedo pueden ser más fáciles de formar pulpa nuevamente.

La composición mezclada del almidón catiónico liquido y polivinilamina de conformidad con la presente invención contiene una relación de 10 a 45% en peso de un almidón catiónico liquido a 55 a 90% en peso de un producto de polivinilamina sobre una base de polímero activa. Una mezcla preferida contiene una relación de 15 a 40% en peso del almidón catiónico líquido sobre una base de almidón activo a 60 a 85% en peso de polivinilamina sobre una base de polímero activo. La mezcla más preferida contiene una relación de 20 a 30% en peso del almidón catiónico líquido sobre una base de almidón activo a 70 a 80% en peso de polivinilamina sobre una base de polímero activo. Las composiciones mezcladas presentan efecto sinergístico en fabricación de papel y proveen propiedades mejoradas.

Los homopolímeros de polivinilamina preferibles son Hercobond® 6363 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) , un producto completamente hidrolizado de polivinilformamida y Hercobond® 6350 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) , un producto de 50% hidrolizado de polivinilformamida . Estos productos se usan actualmente en industrias de fabricación de papel para mejora de resistencia en seco y húmedo del papel, detención y drenaje, control y deposito de sustancias perjudiciales por fijación, aditivos de color de revestimiento para promoción de OBA y modificadores de reología para retención de agua.

En una modalidad de la invención, las soluciones de polímero acuosas de polivinilaminas usadas tienen un polímero activo en el intervalo de 5 a 30% en peso, preferiblemente en el intervalo de 10 a 15% en peso.

Los almidones catiónicos líquidos se usan en la presente invención. Los almidones catiónicos usados en la presente invención no son enzimáticamente hidrolizados . Esos almidones catiónicos líquidos generalmente se usan como aditivos de fabricación de papel para una variedad de aplicaciones incluyendo mejora de resistencia del papel, sustitución de fibra, peso de base más bajo y reducción de refinamiento al proveer un mejor drenaje y secado. Ejemplos de almidones catiónicos son almidones catiónicos líquidos de la serie Redibond® 5000 de National Starch (National Starch, Bridgewater, NJ, EUA), Stalok® 280 de AE Staley (Tate & Lyle PLC, London, R.U.), Vector® SC20157 de Roquette (Roquette, Lestrem Cedex, France) y DynaSol® 300 y productos de almidón catiónicos de la serie (International Additive Concepts Inc., Charlotte, NC, E.U.A.).

En un aspecto de la invención, la porción catiónica de productos de almidón líquidos son generalmente de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio por medio de modificación química y el contenido de nitrógeno de los productos de almidón catiónico líquido pueden variar de 0.1% a 2.0%. El almidón catiónico además puede ser inhibido por tratamiento con un reactivo de entrelazamiento químico tal como epiclorhidrina .

Preferiblemente los almidones líquidos tienen alto contenido de sólidos de hasta 30% y son estables en almacenamiento a pH alcalino y ácido.

Preferiblemente el contenido de sólidos de los almidones líquidos esta en el intervalo de 10 a 40%, y muy preferiblemente de 15 a 35% y muy preferiblemente de 20 a 30%. El contenido de sólidos de los almidones líquidos es igual al activo de almidón en por ciento en peso.

Preferiblemente la viscosidad del los almidones líquidos está en el intervalo de 1000 a 30,000 cps, y preferiblemente de 2000, a 20,000 cps, muy preferiblemente de 2000 a 15,000 cps y muy preferiblemente aún de 3000 a 12,000 cps .

Aunque el uso de los almidones catiónicos como aditivos de resistencia en seco de bajo costo es conocido en la industria da fabricación de papel, esos productos de almidón catiónicos líquidos no son efectivos para mejorar tanto el drenaje como la retención de la fibra en productos de papel. Los productos de almidón no son efectivos comparados con los productos de polivinilamina, v.gr., Hercobond® 6363 y Hercobond® 6350, en mejorar el drenaje de pulpas recicladas. Las composiciones mezcladas de los almidones catiónicos líquidos y la polivinilamina a una relación de mezclado aprobada demostraron efectos sinergísticos y proveyeron propiedad de resistencia en seco mejorada a productos de catón reciclados. Las composiciones mezcladas también habían mostrado efectividad de retención y drenaje mejorada en relación con Hercobond® 6363 y Hercobond® 6350 sobre la misma base activa. Puesto que los costos de los almidones catiónicos líquidos son mucho más bajos que los productos de polivinilamina el producto mezclado descrito en esta invención tiene la ventaja de beneficios económicos en términos de costo durante el uso. Además, el almidón es una alternativa ecológica ya que proviene de una fuente renovable .

Descripción detallada de la invención La invención provee una composición acuosa estable que comprende polivinilamina y un almidón catiónico líquido en una relación de 90 a 55 partes de polivinilamina sobre una base activa a 10 a 45 partes de almidón catiónico liquido sobre una base activa, en donde las partes activas combinadas de almidón catiónico liquido y polivinilamina comprenden por lo menos 40% en peso del total de sólidos de la composición.

En una modalidad de la invención, las partes activas combinadas de almidón catiónico liquido y polivinilamina comprenden entre 40 y 90% en peso del total de sólidos de la composición.

La composición mezclada del almidón catiónico liquido y polivinilamina de conformidad con la presente invención puede tener una relación de 10 a 45% en peso de un almidón catiónico liquido sobre una base de almidón activo a 55 a 90% en peso de un producto de polivinilamina sobre una base de polímero activa. Una mezcla preferida puede tener una relación de aproximadamente 20 a 40% en peso del almidón catiónico líquido sobre una base de almidón activo a 60 a 80% en peso de una poliamina sobre una base de polímero activo. Otra mezcla preferida puede contener una relación de aproximadamente 20 a 35% en peso del almidón catiónico líquido sobre una base de almidón activo a 65 a 80% en peso de una polivinilamina sobre una base de polímero activo. La mezcla más preferida contiene una relación de 20-30% en peso del almidón catiónico líquido sobre una base de almidón activo a 70 a 80% en peso de una polivinilamina sobre una base de polímero activo.

La polivinilamina usada en la presente invención es preferiblemente seleccionada del grupo que consiste de homopolímero de vinilamina (es decir, polivinilamina), completamente o parcialmente hidrolizado a partir de polivinilformamida, copolímeros de vinilamina, terpolímeros de vinilamina, homopolímeros y copolímeros de vinilamina fabricados por la modificación de Hofmann de polímeros de acrilamida o polímeros que contienen vinilamina químicamente modificados después de polimerización. El homopolímero de polivinilformamida completamente hidrolizado usado en la mezcla de la presente invención es una polivinilamina preferida. Se contempla que los copolímeros de vinilamina se pueden usar en la invención creando composiciones estables útiles con el almidón líquido. Las polivinilaminas preferidas usadas en la presente invención son los homopolímeros de polivinilamina, Hercobond® 6363 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) , un producto completamente hidrolizado a partir de polivinilformamida y Hercobond® 6350 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) , un producto 50% hidrolizado a partir de polivinilformamida .

Los almidones catiónicos líquidos usados en la invención se preparan preferiblemente a partir de almidón de maíz ceroso.

En algunas modalidades de la invención, los almidones catiónicos líquidos usados se preparan preferiblemente a partir de almidón de maíz ceroso mediante modificación catiónica usando cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio y el contenido de nitrógeno de los productos varia de 0.1% a 2.5% o preferiblemente de 0.1% a 2.0%. Los productos de almidón preferidos tienen 20-30% de sólidos con alta viscosidad y son estables en almacenamiento a pH alcalino y ácido en almacenamiento. Ejemplos incluyen, pero no se limitan a, la serie Redibond® 5000 (National Starch, Bridgewater, NJ, EUA) , Stalok® 280 (Tate & Lile PLC, London, UK) , Vector® SC20157 (Roquette, Lestrem Cedex, Francia), y DynaSol® 300 (International Additive Concepts Inc., Charlotte. NC, EUA). Las bases de almidón aplicables que se pueden usar en la preparación del almidón catiónico líquido se pueden derivar de otras fuentes vegetales con contenido de amilopectina alto contenido de amilosa muy bajo. Los almidones enzimáticamente hidrolizados no se usan en la presente invención.

El contenido de nitrógeno que está en el almidón catiónico adecuado para usarse en la invención está en el intervalo de aproximadamente 0.01 a 2.5%, preferiblemente de 0.01 a 2.0%, preferiblemente de 0.1 a 1.8%, y muy preferiblemente de 0.2-1.0%.

En un aspecto de la invención, la composición comprende un polímero de vinilamina seleccionado del grupo que consiste de homopolimero de vinilamina, polivinilformamida completamente o parcialmente hidrolizada, y un almidón catiónico liquido derivado de maíz ceroso.

Preferiblemente, el contenido de sólidos de los almidones líquidos esta en el intervalo de 10 a 40%, y muy preferiblemente de 15 a 35% y muy preferiblemente de 20 30%. El contenido de sólidos de los almidones líquidos es igual al contenido de almidón activo en porciento en peso.

Preferiblemente, la viscosidad de los almidones líquidos está en el intervalo de 1,000 a 30,000 cps, y preferiblemente de 2,000 a 20,000 cps, muy preferiblemente de 2,000 a 15,000 cps y muy preferiblemente aún de 3,000 a 12,000 cps.

La polivinilamina de uso en la invención preferiblemente tiene un peso molecular en el intervalo de 1,000 a 2,500,000, muy preferiblemente de 3,000 a 2,000,000, y muy preferiblemente aún de 5,000 a 500,000.

El almidón activo preferible está en el intervalo de 10-50% en peso basado en el total de activos en las composiciones mezcladas de almidón-polivinilamina, muy preferiblemente en el intervalo de 15-35% en peso, y muy preferiblemente aún en el intervalo de 20-30% basado en el total de activos en las composiciones mezcladas de almidón-polivinilamina. Se prefiere que haya menos de o igual a 35% en peso de almidón activo en la mezcla (basado en el total de activos en las composiciones mezcladas de almidón-polivinilaminas) , muy preferiblemente menos de o igual a 30% en peso de activo de almidón en la mezcla.

El peso combinado de activos de almidón y polivinilamina en la composición comprende por lo menos 40% del total de sólidos de la composición, preferiblemente por lo menos 50% y preferiblemente por lo menos 60%. El total de activos combinados de almidón y polivinilamina es generalmente menor que 90% y puede ser de 40 a 90% o de 50-70% del total de sólidos de la composición.

La mezcla acuosa de almidón catiónico liquido/polivinilamina se puede producir mezclando un almidón catiónico liquido con un producto de solución de polivinilamina a una concentración y a una relación de polivinilamina/almidón. La formación real de la mezcla de composición de almidón catiónico liquido/polivinilamina descrita aquí implica mezclar los componentes acuosos juntos y opcionalmente combinar con agua adicional dando por resultado una concentración final de aproximadamente 5.0 a 30.0% en peso, preferiblemente 10 a 18% en peso, muy preferiblemente de 12 a 15% en peso de activos.

El mezclado de los productos de almidón catiónico liquido con polivinilamina usualmente se realiza añadiendo lentamente productos de almidón en la solución de polivinilamina. La mezcla también se puede preparar añadiendo la solución de polivinilamina al almidón catiónico liquido bajo condiciones similares, o se puede preparar usando un mezclador en linea mediante un proceso continuo.

La temperatura preferible para el proceso de mezclado está en el intervalo de 10-70°C, muy preferiblemente en el intervalo de 23-70°C y muy preferiblemente en el intervalo de 30-70°C. La mezcla después se ajusta a un pH adecuado usando un ácido o un álcali. Una condición de pH adecuada de la composición mezclada puede evitar la descomposición no deseada del material de almidón. A pH bajo, la molécula de almidón puede sufrir hidrólisis, mientras que a una condición de pH alto de la mezcla se puede obtener una descomposición química en almacenamiento. Por ejemplo, la descomposición de un grupo hidroxipropiltrimetilamonio que se ha anexado en una molécula de almidón puede ocurrir bajo condiciones de pH adversas. Un regulador de pH se podría usar para evitar la hidrólisis ácida del almidón. Por esta razón, el pH de la mezcla está preferiblemente en el intervalo de 3 a 11, muy preferiblemente en el intervalo de 5-9, muy preferiblemente en el intervalo de 6-8. En el proceso de mezclado, los materiales generalmente se mezclan durante 5 a 30 minutos después de ajuste de pH hasta que la mezcla se vuelve homogénea. Se pueden usare tiempos de mezclado más largos .

Las composiciones de mezclado presentan buena estabilidad en almacenamiento sin cambios físicos significativos a 23°C durante 3 meses y a 40°C o 50°C durante 30 días lo que significa que hay poco cambio en viscosidad (menos de 20% de cambios) y no hay separación de fase visible. La relación de polivinilamina a almidón catiónico líquido en las mezclas tiene poco efecto sobre la estabilidad a la viscosidad. La viscosidad preferida de la mezcla está en el intervalo de 500 a 4000 cps a 25°C.

La viscosidad de una composición mezclada de aproximadamente 30% en peso de activos del almidón catiónico líquido y aproximadamente 70% en peso de activos de Hercobond® 6363 está en el intervalo de 500 a 4000 cps a 25°C, variando con las fuentes de los productos de almidón de diferentes proveedores. Las composiciones mezcladas son estables al congelamiento-descongelamiento a través de tres ciclos de cambios de temperatura de 23°C a 35°C (35°C bajo 0) sin separación de fase o retrogradación de almidón.

Las composiciones de almidón catiónico líquido y polivinilamina son normalmente utilizadas en el extremo húmedo de la máquina de papel en cantidades que proveen resistencia en seco deseada y propiedades de drenaje deseadas, la cantidad sobre una base de activo del producto variando de 0.01% a 1% en peso de activos basado en el peso de la fibra seca, preferiblemente variando de 0.02% a 0.5%, muy preferiblemente variando de 0.05% a 0.3%. Dentro de este intervalo, la cantidad precisa que se usa dependerá del tipo de pulpa que se esté utilizando, las condiciones especificas de operación, asi como el uso final particular para el cual se usa el papel.

Las composiciones de esta invención se pueden utilizar con 100% de fibra reciclada en la fabricación de cartón reciclado como un aditivo de resistencia en seco y auxiliares de drenaje para mejorar productividad de la máquina. También se pueden utilizar para el mismo propósito con otras fibras celulósicas incluyendo madera dura virgen o fibras de madera suaves, sulfato blanqueado y no blanqueado (kraft), sulfito blanqueado y no blanqueado, sosa blanqueada y no blanqueada, semi-quimico de sulfito neutro, quimio-madera molida, madera molida y cualquier combinación de estas fibras, preparadas por medio de una variedad de procedimientos que se usan en la industria de fabricación de papel .

Sin desear estar limitado por la teoría, se cree que el mezclado de almidón catiónico y polivinilamina crea una interacción física o complejo entre las dos moléculas, la conformación de macromoléculas en soluciones acuosas se sabe que afecta la reactividad con sustratos sólidos y el rendimiento relativo para propósitos pretendidos. El procedimiento de mezclado mientras está en solución relativamente concentrada crea un coloide novedoso que tienen propiedades de rendimiento únicas. La interacción física se cree que se mantienen cuando la composición novedosa se mezcla con suministro de fabricación de papel. Además, la composición mezclada da por resultado efectos de resistencia en seco y drenaje sinergísticos en relación con la adición separada de dos componentes del mismo suministro.

Otro aspecto de la presente invención es el uso de las composiciones de almidón catiónico y polivinilamina en una variedad de fabricación de papel y tratamiento de agua más allá de la aplicación de resistencia en seco y drenaje. Las aplicaciones en las cuales las composiciones mezcladas de la presente invención se pueden usar dependen del tipo de polivinilamina usada, el nivel de almidón liquido en la composición, así como el contenido de nitrógeno del almidón catiónico, por ejemplo, las composiciones hechas con homopolímeros de polivinilformamida parcialmente hidrolizada, Hercobond® 6350 y Hercobond® 6330, con almidón de nivel alto (>40% en peso de almidón activo) podrían ser materiales efectivos en la fabricación de papel como agentes de control de alquitrán y materiales pegajosos.

La composición de la presente invención se puede usar en combinación con otros aditivos en fabricación de papel para mejorar la propiedad de resistencia en seco del papel y productividad de la máquina. Los aditivos que se pueden usar en combinación con la composición mezclada de la presente invención pueden ser un polímero catiónico o aniónico, o anfotérico, o sintético no iónico o natural. Por ejemplo, los polímeros de la presente invención pueden usar junto con un producto de poliacrilamida catiónica o anfotérica para mejorar las propiedades de resistencia de los productos de papel. La composición de la presente invención también se puede usar en combinación con un polímero aniónico, tal como ácido poliacrílico, un copolímero de acrilamida y ácido acrílico, o una CMC; un polímero catiónico tal como una poliamidoamina entrelazada, un cloruro de polidialildimetilamonio, una poliamina; para formar un complejo de polielectrolito para mejorar las propiedades de resistencia de productos de papel. La composición de la presente invención también se puede usar en combinación con compuestos funcionales de aldehido polimérico, tales como poliacrilamidas glioxiladas, aldehido celulosas y polisacáridos funcionales de aldehido.

Compuestos inorgánicos tales como arcilla, talco, dióxido de titanio, carbonato de calcio, pigmentos, colorantes, materiales de apresto internos, colofonia y alumbre, y sulfato de calcio se pueden añadir junto con la composición de la presente invención en el proceso de fabricación de papel para mejorar el proceso de fabricación de papel y la calidad de productos de papel. Composiciones individuales o cualquier combinación de diferentes composiciones se pueden aplicar junto con las composiciones de la presente invención, o se pueden aplicar secuencialmente antes o después de la aplicación de los polímeros de la presente invención.

La composición mezclada también se puede usar en combinación con una o más enzimas para mejorar la resistencia del papel y productividad de la máquina. Dichas enzimas incluyen hidrolasas, tales como celulasas, hemicelulasas, proteasas, beta-glucosidasas, lipasas, esterasas y pectinasas; liasas tales como pectato liasa; y oxido reductasas, tales como lacasa, glucosa oxidasa y peroxidasas.

Ej emplos La viscosidad de Brookfield (BV) se midió usando un viscosímetro DV-E o DV-II (Brookfield Viscosity Lab, Middleboro, MA) . Un husillo seleccionado (número 3) se fijó al instrumento, que se preparó para una velocidad de 30 RPM. La solución de reacción se prepara a un contenido de sólidos específico. El husillo de viscosidad de Brookfield fue cuidadosamente insertado en la solución para no atrapar ninguna burbuja de aire y después se hizo girar a la velocidad antes mencionada durante 3 minutos a 24°C. Las unidades están en centipoises (cps) .

El polímero activo, o contenido activo, o sólidos activos o activo, en la composición de la presente invención representa el peso total como un porcentaje en una solución de todos los activos usados para hacer dicha composición sobre una base seca. Por ejemplo, N-vinilformamida es el precursor de monómero para polivinilamina y tiene un peso molecular de 71.1. Por lo tanto, una solución de 100 g de polivinilamina Hercobond® 6363 que contenia un polímero hecho de 11.7 gramos de N-vinilformamida tiene 11.7% de polímero activo. El contenido de almidón activo en los productos de almidón líquidos es el mismo que el contenido de sólidos de los almidones líquidos en % en peso. Una composición de Hercobond® 6363 y Redibond® 5330 (72:28) representa un producto mezclado que contiene 72% en peso de Hercobond® 6363 polímero activo y 28% en peso de activo del almidón catiónico líquido. Como un ejemplo, para 100 g de esta composición mezclada con una relación de 72% en peso: 28% en peso si el total de activo, o el activo de producto, o el contenido activo, o los sólidos activos es 10%, entonces la composición mezclada contiene el polímero de polivinilamina hecho a partir de 7.2 g de vinilformamida y 2.8 g del activo de almidón catiónico.

Ejemplo 1 Este ejemplo ilustra el uso de almidón catiónico líquido y una polivinilamina en la preparación de las mezclas de composición de polivinilamina/almidón catiónico utilizadas en esta invención.

Prequel® 500 (130.7 g, 30%, Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) se añadió a polivinilamina Hercobond® 6363, 861.5 g, 11.7% de polímero activo, Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EUA) en 10 minutos a 24 °C con agitación y después el pH de la mezcla se ajustó a 7.0 usando HC1 a 33%. La formulación resultante se agitó durante 10 minutos hasta que la formulación se volvió homogénea. La mezcla resultante contenía 13.8% de sólidos activos. La viscosidad de la solución fue de 1740 cps. La formulación mezclada fue un poco turbia en apariencia pero homogénea sin separación .

Los ejemplos 1-1 a 1-9 en la tabla 1 fueron las formulaciones mezcladas preparadas como se describe en el ejemplo 1 usando diferentes almidones catiónicos líquidos y/o a diferentes relaciones de activo de polivinilamina/almidón. Los almidones catiónicos líquidos acuosos son National 543690 (National Starch, Bridge ater, NJ, ) con contenido de nitrógeno a 1.0%, Stalok® 280 (Tate & Lile PLC, London, R.U.), Redibond® 5330 (National Starch, Bridgewater, NJ, ) con contenido de nitrógeno a 0.33%, Vector® SC20157 (Roquette, Lestrem Cedex, Francia) , y producto de almidón catiónico DynaSol® 308 (International Additive Concepts Inc., Charlotte. NC, E.U.A) con contenido de nitrógeno a 0.3%.

Tabla I. Polivinilamina - Mezclas de almidón Ejemplo 2 Este ejemplo ilustra los resultados de estabilidad a la viscosidad de la composición mezclada de Hercobond® 6363 y Redibond® 5330 a 40 °C durante un mes.

Tabla II. Estabilidad a la viscosidad de mezcla de polivinilamina/almidón Como se muestra la tabla II, las formulaciones mezcladas de polivinilamina/almidones catiónicos líquidos son estables a 40 °C durante un mes sin incremento en viscosidad significativa durante 30 días. Las composiciones son homogéneas sin separación de fase al final del estudio. Las composiciones mezcladas también son estables al congelamiento-descongelamiento sin separación de fase después de 3 cambios de ciclo en temperatura a partir de temperatura ambiente hasta 30°C negativos.

Ejemplo 3 Este ejemplo describe varias evaluaciones de composiciones mezcladas como aditivos de resistencia en seco en aplicaciones de fabricación de papel. En este ejemplo, la resistencias en seco de papeles hechos con las mezclas de los ejemplos anteriores se comparan con la resistencia en seco de papel con productos de polivinilamina de resistencia en seco de marca comercial, Hercobond® 6363 y Hercobond® 6350.

El papel de cartón de revestimiento se hizo usando una máquina de fabricación de papel. La pulpa de papel fue un medio 100% reciclado con 50 ppm de dureza, 25 ppm de alcalinidad, 2.5% de almidón GPC®D15F (Tate & Lyle PLC, London, R.U.) y 2000 uS/cm de conductividad. El pH del sistema fue 7.0 y la libertad de la pulpa fue de aproximadamente 380 CSF con la temperatura de abastecimiento a 52°C. El peso de base fue de 45.4 kg por 279 m2. Mezclas de polivinilamina-almidón preparadas en los ejemplos anteriores se añadieron como agentes de resistencia en seco al extremo húmedo de la máquina de fabricación de papel al nivel de 0.3% en peso de polímero activo versus pulpa de papel seca. A menos que se indique de otra manera, almidón anfotérico Stalok® 300 (Tate & Lyle PLC, London, R.U.) y floculante PerForm® PC 8713 (Hercules Incorporated, Wilmington, DE, E.U.A) se añadieron a estallamiento de Mullen en extremo húmedo, tensión en seco, compresión de corto alcance de STFI, y tensión en húmedo se usaron para medir los efectos de resistencia en seco.

La tabla III muestra el intervalo de Hercobond® 6363/varias composiciones mezcladas de almidón catiónico líquido comparadas con Hercobond® 6363 como un estándar. En la prueba de estallamiento de Mullen, el número más alto indica mejor rendimiento.

Tabla III. Rendimientos de resistencia en seco de composiciones mezcladas versus Hercobond® 6363 Para la tabla III, los datos se evaluaron usando 0.3% en peso de la formulación mezclada versus pulpa de papel seca. Estos datos ilustran que el rendimiento global de polivinilamina, Hercobond® 6363 se puede mejorar mezclando el polímero con almidón en ciertas relaciones y condiciones. Los resultados sugieren un efecto sinergético de las mezclas para usos de resistencia en seco del papel. La adición de almidones catiónicos de bajo costo reduce el costo global de la composición mezclada y provee efectividad de resistencia en seco casi igual (menos de una diferencia de 6%) a incrementada cuando se compara con Hercobond® 6363 sobre una base activa igual.

La tensión en húmedo del cartón de revestimiento reciclado hecho con la formulación mezclada se redujo en 10-20% en comparación con Hercobond® 6363 sobre una base activa igual. El beneficio de esto es que el cartón de revestimiento reciclado con tensión en húmedo más baja tiene mejor capacidad de re-formación de pulpa.

La tabla IV muestra rendimientos de resistencia en seco de composición mezclada de Hercobond® 6363/Prequel® 500 (75/25) comparada con Hercobond® 6363 como estándar a dos dosis diferentes. Esta vez, se añadió almidón anfotérico OptiPlus® 1030 (National Starch, Bridgewater, NJ) en lugar de almidón catiónico Stalok®300 (Tate & Lyle PLC, London, R.U.), a un usado a 0.5% de pulpa seca. En la prueba de estallamiento de Mullen, el número más alto indica mejor rendimiento.

Tabla IV. Rendimientos de resistencia en seco de composiciones mezcladas versus Hercobond® Estos datos demuestran nuevamente rendimiento mejorado de la formulación mezclada sobre polivinilamina, Hercobond® 6363 a dos diferentes dosis con tensión en húmedo reducida sobre una base activa igual.

La tabla V muestra rendimientos de resistencia en seco de dos composiciones de Hercobond® 6363/Prequel® 500 (75/25) comparada con Hercobond® 6363 como estándar para hacer cartón de revestimiento reciclado con la pulpa en ausencia de almidón anfotérico Stalok®300 (Tate & Lyle PLC, London, R.U.) y floculante PerForm® PC 8713 (Ashland Inc.). Los datos se evaluaron usando 0.3% en peso de polímero activo versus pulpa de papel seca. En la prueba de estallamiento de Mullen, el número más alto indica mejor rendimiento.

Tabla V. Rendimientos de resistencia en seco de composiciones mezcladas versus Hercobond® 6363 con pulpa únicamente Estos datos muestran rendimientos de resistencia en seco equivalentes o mejores de las composiciones mezcladas a 72/28 de relación de polivinilamina-almidón catiónico en estallamiento de Mullen y STFI en comparación con Hercobond® 6363. A un nivel ligeramente más alto del almidón catiónico liquido, tanto el estallamiento de Mullen como STFI redujo menos de 6% bajo las mismas condiciones de fabricación de papel. La tensión de húmedo también se redujo con nivel alto del almidón catiónico liquido.

Ejemplo 4 Este ejemplo describe los resultados de evaluación de las composiciones mezcladas como auxiliares de drenaje y retención en aplicaciones de fabricación de papel. La eficiencia de drenaje y propiedades de retención/fijación de las composiciones mezcladas en los ejemplos anteriores se compararon con Hercobond® 6363 y un testigo usando el método de prueba de libertad estándar canadiense (CSF) y una prueba de drenaje al vacio (VDT) .

Para la prueba de drenaje al vacio (VDT) , la preparación del dispositivo es similar a la prueba de embudo de Buchner como se describe en varios libros de referencia sobre filtración, por ejemplo véase Perry' s Chemical Engineers' Handbook, séptima edición (McGraw-Hill, New York, 1999) pp. 18-78. La VDT consiste en un embudo de filtro Gelman magnético de 300 mi, un cilindro graduado de 250 mi, una desconexión rápida, una trampa de agua y una bomba de vacio con un calibrador de vacio y regulador. La prueba de VDT se condujo fijando primero el vacio a 25.4 cm de Hg, y colocando el embudo apropiadamente en el cilindro. En seguida, 250 g de 0.5% en peso de papel de abastecimiento se cargó en un vaso de precipitado y después los aditivos requeridos de conformidad con el programa de tratamiento (v.gr., almidón, polímero que contiene vinilamina, floculantes) se añadieron al abastecimiento bajo la agitación provista por un mezclador superior. El abastecimiento después se vacío en el embudo de filtro y la bomba de vacío se encendió mientras se iniciaba simultáneamente un cronometro. La eficacia de drenaje se reporta como el tiempo requerido para obtener 230 mi de filtrado. Los resultados de las dos pruebas de drenaje se normalizaron y se expresaron como un porcentaje del rendimiento de drenaje observado versus un sistema que no incluía las composiciones mezcladas.

En la tabla VI, Hercobond® 6363/Prequel® 500 (75/25) se evaluó para rendimientos de drenaje por la prueba de CSF comparada con Hercobond® 6363. La prueba se condujo a dos dosis diferentes basadas en la pulpa seca. El porcentaje más alto de libertad de CSF en relación con la muestra de Hercobond® 6363 indica mejor rendimiento.

Tabla VI. Evaluación de drenaje de mezcla de polivinilamina/almidón (75/25) versus control Esta evaluación muestra que la composición mezclada de Hercobond® 6363/Prequel® 500 (75/25) a 0.30% de dosis de resina activa, proveyó aproximadamente 10% de mejora adicional en rendimiento de drenaje de la pulpa sobre la mejora de Hercobond® 6363 vs la pulpa sin aditivos. A una dosis de 0.15% de activo, la composición mezclada es menos efectiva pero similar a Hercobond® 6363 en rendimiento de drenaje .

La tabla VII muestra datos de drenaje al vacío de VDT de una serie de composiciones de Hercobond® 6363/almidón catiónico líquido evaluadas versus Hercobond® 6363 como un estándar, usando la prueba como se describió antes. Mientras más corto es el tiempo de drenaje de VDT, mejor es el rendimiento de drenaje. La dosis activa es 0.30% para todos los ejemplos.

Tabla VII. Comparación de composiciones mezcladas de polivinilamina/almidón con control en rendimiento de drenaje de fibra reciclada Los datos de VDT indican un reflejo del efecto sinergístico de los productos de almidón catiónico líquido con polivinilamina en drenaje mejorado de pulpas recicladas. Todas las composiciones mezcladas drenaron más rápido que Hercobond® 6363 excepto una con 50% del activo de almidón en la mezcla.

Ejemplo 5 Las turbideces de los filtrados se midieron para estimar propiedades de fijación de las composiciones mezcladas. La dosis combinada total de activos de los aditivos para cada ejemplo fue 0.3%. Las evaluaciones se realizaron usando los filtrados obtenidos a partir de la prueba de VTD. Los datos de turbidez (valor FAU) se resumen en la tabla VIII y las propiedades de fijación de las composiciones se expresan como porcentaje de turbidez del testigo sin tratamiento químico. Mientras más bajo es el porcentaje, más efectiva es la composición como un agente fijador .

Tabla VIII. Composiciones de polivinilamina/almidón catiónico líquido en la reducción de turbidez de pulpa reciclada Esta evaluación demostró que las composiciones se pueden usar como aditivos de control de contaminantes en la fabricación de papel para controlar alquitrán y materiales pegajosos .

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Una composición acuosa estable que comprende polivinilamina y almidón catiónico liquido en una relación de 90 a 55 partes de polivinilamina sobre una base activa a 10 a 45 partes de almidón catiónico liquido sobre una base activa, en donde las partes activas combinadas de almidón catiónico liquido y polivinilamina comprenden por lo menos 40% en peso del total de sólidos de la composición.

2. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde la polivinilamina comprende un polímero de vinilamina seleccionado del grupo que consiste de homopolímero de vinilamina, polivinilformamida completamente o parcialmente hidrolizada, copolímeros de vinilamina, terpolímeros de vinilamina, y polímeros que contienen vinilamina químicamente modificados después de polimerización .

3. La composición de conformidad con la reivindicación 2, en donde la polivinilamina comprende polivinilformamida completamente o parcialmente hidrolizada.

4. La composición de conformidad con la reivindicación 2, en donde la polivinilamina comprende un homopolímero de vinilamina.

5. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde el almidón líquido es un almidón líquido catiónico derivado de maíz ceroso.

6. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde el almidón líquido es un almidón líquido catiónico preparado a partir de almidón de maíz ceroso que ha sido catiónicamente modificado usando cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio.

7. La composición de conformidad con la reivindicación 5, en donde el almidón líquido catiónico tiene un contenido de nitrógeno en el intervalo de aproximadamente 0.01 a 2.5%.

8. La composición de conformidad con la reivindicación 5, en donde el contenido de sólidos del almidón líquido está en el intervalo de 15 a 35%.

9. La composición de conformidad con la reivindicación 5, en donde el contenido de sólidos del almidón líquido está en el intervalo de 20 a 30%.

10. La composición de conformidad con la reivindicación 5, en donde la viscosidad del almidón líquido está en el intervalo de 2,000 a 20,000 cps .

11. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde la polivinilamina comprende un polímero de vinilamina seleccionado del grupo que consiste de homopolímero de vinilamina, polivinilformamida completamente o parcialmente hidrolizada, y el almidón líquido es un almidón líquido catiónico derivado de maíz ceroso.

12. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde la polivinilamina comprende de 60-80 partes de la mezcla basadas en activo y el almidón catiónico liquido comprende de 20- 40 partes de la mezcla basadas en activo.

13. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde la polivinilamina comprende de 65-80 partes de la mezcla basadas en activo y el almidón catiónico liquido comprende de 20-35 partes de la mezcla basadas en activo.

14. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde la polivinilamina comprende de 70-80 partes de la mezcla basadas en activo y el almidón catiónico liquido comprende de 20-30 partes de la mezcla basadas en activo.

15. La composición de conformidad con la reivindicación 1, en donde las partes combinadas basadas en activo de almidón catiónico liquido y polivinilamina comprenden por lo menos 50 % en peso del total de sólidos de la composición.

16. Un proceso para hacer un producto de papel o cartón, en donde la composición de la reivindicación 1 se añade a una suspensión de pulpa en una cantidad que varia de 0.02 a 0.5 % en peso de activos con base en el peso del papel o cartón seco acabado.

17. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, en donde la cantidad varia de 0.15 a 0.5 %.

18. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, en donde la composición se añade a la suspensión de fabricación de papel en donde la suspensión de fabricación de papel además comprende otros aditivos de fabricación de papel seleccionados del grupo que consiste de poliacrilamidas catiónicas, aniónicas o anfotéricas, ácido poliacrilico, copolímeros de acrilamida y ácido acrilico, carboximetilcelulosa; poliamidoamina entrelazada, cloruro de polidialildimetilamonio, poliamina; compuestos funcionales de aldehido polimérico, poliacrilamidas glioxiladas, aldehido celulosas y polisacáridos funcionales de aldehido, polisacáridos, alumbre, arcilla, talco, dióxido de titanio, carbonato de calcio, pigmentos, colorantes, colofonia, agentes de apresto y enzimas.

19. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, en donde los otros aditivos de fabricación de papel se seleccionan del grupo que consiste de poliacrilamidas aniónicas, poliacrilamidas catiónicas y mezclas de las mismas .

20. El proceso de conformidad con la reivindicación 16, en donde los otros aditivos de fabricación de papel comprenden poliacrilamidas glioxiladas.