MX2014002134A - Compsiciones que contienen concentraciones incrementadas de carboximetilcelulosa. - Google Patents

Compsiciones que contienen concentraciones incrementadas de carboximetilcelulosa.

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Abstract

Las modalidades de la presente descripción proporcionan métodos para incrementar la concentración de soluciones alcalinas de carboximetilcelulosa que son particularmente adecuadas para el uso de revestimiento de papel de alto contenido de sólidos, materiales de barrera, etc. Descrito en general, el método incluye disolver carboximetilcelulosa (CMC) y una sal alcalina en agua para obtener una solución de CMC. La CMC tiene de manera deseable un grado de sustitución de menor de aproximadamente 0.9. La solución alcalina de CMC incluye CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso, tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11, y se caracteriza como que tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa.

Description

COMPOSICIONES QUE TIENEN CONCENTRACIONES INCREMENTADAS DE CARBOXIMETILCELULOSA Campo de la Invención La presente solicitud se refiere a composiciones que tienen concentraciones incrementadas de carboximetilcelulosa (CMC) . También, la presente solicitud se refiere a métodos para incrementar la concentración de CMC en composiciones de baja viscosidad.
Antecedentes de la Invención La CMC es un polímero aniónico soluble en agua que se usa en una variedad de aplicaciones industriales y de consumidor. En general, se obtiene CMC a partir de celulosa (por ejemplo, de borra de algodón, pulpa de madera u otras fuentes celulósicas) por sustitución de al menos una porción de los grupos hidroxilo por grupos carboximetil-éter y puede tener un grado de sustitución ("DS") tal alto como 3.0, y un peso molecular que varía desde aproximadamente 30,000 a 1,000,000 Daltones.
Debido a su capacidad para impartir propiedades reológicas, para mejorar la retención de agua y para mejorar la eficiencia de los abrillantadores ópticos, la CMC es un aditivo popular en la industria de papel y cartón, especialmente para revestimiento, apresto y elaboración de trama base. En procesos de revestimiento de papel y cartón, se adiciona CMC como una solución pre-disuelta (que tiene típicamente de 6 a 12% en peso de CMC) en la composición de producción descendente de revestimiento, que incluye usualmente pigmentos inorgánicos, aglutinantes orgánicos y aditivos tales como dispersantes, abrillantadores ópticos, reticuladores, lubricantes y tintes. Las composiciones de revestimiento tienen usualmente un contenido de sólidos entre 63 y 70% en peso, dependiendo del tipo de composición de revestimiento y el tipo de maquinaria de revestimiento que se usa; sin embargo, en la práctica también se usan composiciones de revestimiento que tienen tanto altos como bajos contenidos de sólidos.
No deseando que se una a ninguna teoría, se cree que las composiciones de revestimiento que tienen altos contenidos de sólidos son preferibles para mejorar la calidad y productividad, por ejemplo, al mejorar la cobertura de revestimiento y brillo en tanto que disminuye la cantidad de agua que se debe evaporar (es decir, reduciendo de este modo la energía de secado) de los revestimientos. Cuando se incrementa el contenido objetivo de sólidos de la composición de revestimiento, también se requieren mayores contenidos de sólidos para las soluciones de materias usadas para preparar la composición de revestimiento .
Las soluciones existentes de CMC pre-disuelta que tienen una baja concentración de sólidos no permitirán en general la formulación de una composición de revestimiento de alto contenido de sólidos (por ejemplo tal como 70% en peso) , y típicamente limitarán la cantidad de CMC que se puede usar en la composición de revestimiento requerida para revestimiento de papel. Aunque la adición seca de CMC a una suspensión espesa de pigmentos de alto contenido de sólidos puede resolver estas cuestiones, se necesitará que los molinos tengan sistemas de manejo de polvos, mano de obra adecuada para adicionar potencia manual, o un sistema de mezclado capaz de impartir suficiente corte para dispersar el polvo a todo lo largo de la solución.
De manera alternativa, las soluciones existentes de CMC pre-disuelta que tienen una alta concentración de sólidos producen en general soluciones de alta viscosidad (por ejemplo, mayor de 5000 mPas, medida en un Brookfield RV a 100 rpm y 50-60 grados Celsius) que son difíciles de procesar en equipo tradicional, por ejemplo, en procesos de tamizado o bombeo.
También se puede usar CMC como, o para producir, un tratamiento superficial, tal como un material de barrera. Los materiales de barrera que contienen CMC pueden ser resistentes a aceite y grasa, resistentes a oxígeno o a ambos. Las tecnologías comunes de revestimiento de película usadas para formar los materiales de barrera en la forma de una película incluyen una prensa de apresto, una prensa de apresto dosificado, y varias tecnologías de revestimiento de cortina. Para cada una de estas tecnologías, la absorción de la solución es un parámetro importante que depende, al menos en parte, de la viscosidad y/o del contenido de sólidos de la solución de polímero que se usa. Sin que se desee que se una a alguna teoría, se cree que los materiales de barrera uniforme, especialmente películas, resultan de un peso de revestimiento suficientemente alto, buena absorbencia de películas, o ambos. Estas propiedades se pueden obtener más fácilmente al producir un material de barrera con soluciones de CMC de mayor concentración. Actualmente, frecuentemente se logra una mayor concentración de CMC en solución al degradar la CMC usando varias tecnologías enzimáticas. Sin embargo, las enzimas disminuyen típicamente el peso molecular de la CMC de modo que drásticamente los materiales de barrera resultantes no tendrán muy buena absorbencia de película ni penetrarán en una trama base.
Anteriormente se han propuesto soluciones para proporcionar suspensiones estables, concentradas, acuosas de CMC. Por ejemplo la patente de los Estados Unidos No. 4,883,537 de Burdick describe soluciones acuosas de CMC que tienen viscosidad disminuida que incluyen al menos 33 por ciento en peso de carbonato de potasio. Sin embargo, la alta concentración decarbonato de potasio, requerida, limita la utilidad de estas soluciones en aplicaciones y hace a estas composiciones indeseables para aplicaciones de alto contenido de sólidos de CMC.
De esta manera, permanece la necesidad de proporcionar un método para preparar composiciones de baja viscosidad de CMC de alto contenido de sólidos. De manera más particular, permanece la necesidad de desarrollar productos de CMC que se puedan usar para preparar soluciones que tienen mayor contenido de sólidos que los qrados normales de revestimiento de papel y de mantener los beneficios del revestimiento tradicional de CMC en tanto que se proporciona mayor flexibilidad para preparar revestimientos de más alto contenido de sólidos usando el equipo existente de CMC y procedimientos de producción descendente .
Breve Descripción de la Invención Las modalidades de la presente descripción proporcionan métodos para incrementar la concentración de la solución concentrada CMC. En un aspecto, el método comprende disolver una CMC y una sal alcalina en agua para obtener la solución alcalina de CMC y modificar opcionalmente el pH de la solución alcalina de CMC a un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11. La CMC, en algunas modalidades, tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9. La CMC, en ciertas modalidades, tiene un peso molecular menor de aproximadamente 300 kD. La solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso, tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11, y tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa.
En otros aspectos, el método para incrementar la concentración de la solución concentradas de CMC comprende mezclar en seco CMC y una sal alcalina para obtener una mezcla de CMC y disolver la mezcla de CMC en agua para obtener una solución alcalina de CMC. La CMC, en algunas modalidades, tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9. La CMC, en ciertas modalidades, tiene un peso molecular menor de aproximadamente 300 kD. En algunas modalidades, la solución alcalina de CMC puede comprender CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso, tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11, y tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa. La mezcla de CMC puede comprender la sal alcalina en una concentración mayor de aproximadamente 0.5% en peso de la mezcla de CMC.
En aún otro aspecto, las modalidades de la presente descripción incluyen una composición de revestimiento de papel de alto contenido de sólidos que comprende un pigmento y una solución alcalina de CMC. La solución alcalina de CMC, en algunas modalidades, comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso y una sal alcalina en una concentración de al menos 0.05% en peso. La CMC, en algunas modalidades, tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9. La CMC, en ciertas modalidades, tiene un peso molecular menor de aproximadamente 300 kD.
En otros aspectos, las modalidades de la presente descripción incluyen una solución concentrada de CMC que comprende una solución alcalina de CMC que comprende agua, CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso, una sal alcalina en una concentración de al menos aproximadamente 0.05% en peso. La CMC, en algunas modalidades, tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9. La CMC, en ciertas modalidades, tiene un peso molecular menor de aproximadamente 300 kD. La solución alcalina de CMC, en modalidades, tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11, y tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa .
Los aspectos adicionales se expondrán en parte en la descripción que sigue y en parte serán obvios de la descripción, o se pueden aprender por la práctica de los aspectos descritos a continuación. Las ventajas descritas posteriormente se lograrán y realizarán por medio de los elementos y combinaciones particularmente señaladas en las reivindicaciones anexas. Se va a entender que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son solo de ejemplo y explicativas y no son restrictivas .
Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una gráfica que ilustra la viscosidad de soluciones de CMC como una función de la concentración de CMC . CMC Normal: FF-5 (viscosidad al 4% de 27 mPas, DS 0.7). CMC Experimental: FF-5 (98% en peso + 2% en peso de Na2C03) . Medición de viscosidad: Brookfield sRV 100 rpm, 50 °C. CMC y mezcla seca de CMC + Na2C03 se mezclaron con agua usando un mezclador de alambre durante 90 minutos antes de medir la viscosidad.
La Figura 2A es una gráfica que compara el efecto de varias sales en la viscosidad de la solución de CMC. CMC Normal: FF-5 (viscosidad al 4% de 27 mPas, DS 0.7). Medición de viscosidad: Brookfield RV 100 rpm, 60°C. Se mezclaron CMC y una mezcla seca de CMC + sal con agua usando un mezclador de alambre durante 90 minutos antes de medir la viscosidad.
La Figura 2B es una gráfica que compara el efecto de carbonato de sodio y cloruro de sodio en la viscosidad de la solución de CMC para CMC que tiene un DS de 0.7 pero un peso molecular variable. Medición de viscosidad: Brookfield RV 100 rpm, 50°C.
La Figura 3 es una gráfica que ilustra el efecto del pH en la viscosidad de una solución de CMC al 20% en peso. CMC normal: FF-5 (viscosidad al 4% de 27 mPas, DS 0.7). Experimental CMC: FF-5 (96-98% en peso + 2-4% de varias sales alcalinas) . Medición de viscosidad: Brookfield RV 100 rpm, 60°C. Se mezclaron CMC y mezcla seca de CMC + varias sales alcalinas con agua usando un mezclador de alambre durante 90 minutos antes de medir la viscosidad.
Las Figuras 4 y 5 son gráficas que ilustran el efecto de la composición y velocidad de corte en la viscosidad de varios colores de revestimiento de CMC.
La Figura 6 es una gráfica que ilustra las propiedades de retención de agua de varios colores de revestimiento .
La Figura 7 es una gráfica que ilustra las propiedades ópticas de varios papeles revestidos con colores de revestimiento.
La Figura 8 es una gráfica que representa la resistencia a aceite de cuatro materiales de barrera que contienen CMC sobre un intervalo de pesos de revestimiento.
Descripción Detallada de la Invención Las modalidades de la presente descripción afrontan las necesidades descritas anteriormente al proporcionar métodos para incrementar la concentración de soluciones concentradas de CMC. En particular, las soluciones concentradas de CMC de alta concentración son adecuadas para el uso en revestimientos de papel de alto contenido de sólidos. Las soluciones concentradas de CMC también se pueden usar como o en materiales de tratamiento superficial, tal como materiales de barrera.
En modalidades, los métodos comprenden en general mezclar en seco CMC y sal alcalina para obtener una mezcla de CMC y disolver la mezcla de CMC en agua para obtener una solución alcalina de CMC que comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso y una sal alcalina en una concentración de al menos aproximadamente 0.05% en peso. En otras modalidades, la sal alcalina se puede adicionar ya sea antes o después de disolver la CMC en agua para obtener la solución alcalina de CMC. La CMC tiene de manera deseable un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9 y un peso molecular de menos de aproximadamente 300 kD. De manera sorprendente, al preparar soluciones que contienen la CMC y la sal alcalina, se pueden lograr soluciones concentradas que tienen altas concentraciones de CMC que tienen una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa en un intervalo de temperaturas, dependiendo de la concentración de la solución. Por ejemplo, se puede lograr una solución concentrada que tiene una alta concentración de CMC que tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa en el intervalo de aproximadamente 50 a aproximadamente 60 grados Celsius. La concentración que se puede alcanzar puede depender del peso molecular de la CMC. No deseando que se una por ninguna teoría, en ciertas situaciones en las cuales se limita la CMC que tiene un menor peso molecular normalmente a una concentración de menos de 9.8% en peso debido a la viscosidad de la solución (es decir, una viscosidad mayor de 5,000 mPa) , el uso de soluciones alcalinas de CMC de acuerdo con las modalidades proporcionadas en la presente disminuye significativamente la viscosidad de la solución en comparación a las soluciones de CMC sin la sal alcalina, permitiendo de este modo el uso de mayores concentraciones de la CMC.
En modalidades, el método comprende además modificar el pH de la solución alcalina de CMC a un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11. En otras modalidades la solución alcalina de CMC tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 10.5. Por ejemplo, en modalidades particulares la solución alcalina de CMC tiene un pH mayor de aproximadamente 8.0, mayor de aproximadamente 8.5, o mayor de aproximadamente 9.0. (Ver por ejemplo, Figura 3) . Los métodos adecuados para modificar el pH de la solución alcalina de CMC se conocen por aquellos expertos en la técnica.
En ciertas modalidades, la CMC tiene un grado de sustitución de aproximadamente 0.4 a aproximadamente 0.9 y un peso molecular de menos de aproximadamente 300 kD. En modalidades, la CMC tiene un grado de sustitución de aproximadamente 0.4 a aproximadamente 0.9, de aproximadamente 0.6 a aproximadamente 0.9, o de aproximadamente 0.7 a aproximadamente 0.85. En modalidades, la CMC tiene un peso molecular menos de aproximadamente 300 kD, menos de aproximadamente 200 kD, menos de aproximadamente 150 kD, o menos de aproximadamente 100 kD.
La CMC usada en las modalidades de la presente descripción también se puede caracterizar por su viscosidad y pH. Por ejemplo, en ciertas modalidades, la CMC tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 2000 mPas para una solución al 2% de la CMC a una temperatura de aproximadamente 25 °C, una viscosidad de menos de aproximadamente 400 mPas para una solución al 2% de la CMC a una temperatura de aproximadamente 25 °C, o una viscosidad de menos de aproximadamente 100 mPas para una solución al 2% de la CMC a una temperatura de aproximadamente 25 °C. En modalidades, la CMC se caracteriza adicionalmente como que tiene un pH de menos de aproximadamente 8 para una solución al 1% de la CMC. En otras modalidades, la CMC se caracteriza adicionalmente como que tiene un pH de menos de aproximadamente 9 para una solución al 1% de la CMC.
En modalidades, la CMC de manera deseable está presente en la solución alcalina en una cantidad suficiente para proporcionar una concentración mayor de aproximadamente 9.8% hasta aproximadamente 25%, una concentración mayor de aproximadamente 10% hasta aproximadamente 25%, una concentración mayor de aproximadamente 12% hasta aproximadamente 25%, una concentración de mayor de aproximadamente 15% hasta aproximadamente 25%, una concentración de mayor de aproximadamente 18% hasta aproximadamente 25%, o una concentración de mayor de aproximadamente 20% hasta aproximadamente 25%.
La solución alcalina usada en las modalidades de la presente descripción comprende de manera deseable una sal base. Los ejemplos no limitantes de sales bases incluyen carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, sulfito de sodio, hidróxido de sodio, silicato de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de potasio, bicarbonato de potasio, hidróxido de calcio y combinaciones de esto. En modalidades, la sal alcalina está presente en la solución alcalina de CMC en una cantidad de al menos aproximadamente 0.05%. Por ejemplo, en ciertas modalidades la sal alcalina está presente en la solución alcalina CMC en una cantidad de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 5.0% en peso, de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 2.5% en peso, de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 1.0% en peso, de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 1.5%, de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 1.0% en peso, de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 0.5% en peso, de aproximadamente 0.2% a aproximadamente 1.0% en peso, o de aproximadamente 0.2% a aproximadamente 0.7% en peso.
En modalidades particulares, las soluciones concentradas de CMC proporcionada en la presente comprenden una sal alcalina en una concentración de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 2.0%, y CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% hasta aproximadamente 20%. En otras modalidades, las soluciones concentradas de CMC proporcionadas en la presente comprenden una sal alcalina en una concentración de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 1.5%, y CMC en una concentración mayor de aproximadamente 12% hasta aproximadamente 20% En modalidades particulares, la sal alcalina comprende una mezcla de sales alcalinas, por ejemplo, carbonato de sodio y ya sea sulfito de sodio, bicarbonato de sodio o una combinación de estos. De manera deseable, el sulfito de sodio, bicarbonato de sodio, o combinación de estos, está presente en la solución alcalina de CMC en una concentración de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 2% en peso en tanto que la concentración total de las sales alcalinas es de menos de aproximadamente 5% en peso.
También se proporcionan en las modalidades de la presente composiciones de revestimiento de papel de alto contenido de sólidos que comprenden una solución alcalina de CMC, un pigmento (por ejemplo, pigmentos inorgánicos, tal como carbonato de calcio) , y otros aditivos conocidos por aquellos expertos en la técnica (por ejemplo, aglutinantes orgánicos, tal como látex) . Típicamente, las soluciones alcalinas de CMC comprenden menos de 0.5% en peso de los pigmentos para una composición de revestimiento que tiene un contenido de sólidos mayor de aproximadamente 70% en peso. La solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso y sal alcalina en una concentración de al menos aproximadamente 0.05% en peso, en donde la CMC tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9 y un peso molecular menor de aproximadamente 300 kD.
También se proporciona en las modalidades de la presente materiales de tratamiento superficial, tal como materiales de barrera, elaborados de o que contienen CMC. Los materiales de barrera elaborados de o que contienen CMC se pueden usar en combinación con material de matriz, tal como papel, cartón, etc., o pueden ser materiales independientes. Los materiales de barrera se pueden elaborar en cualquier tamaño o forma, usando cualquier técnica conocida. En modalidades, el material de barrera que contiene CMC es una película. En algunas modalidades, las películas se forman en general al emplear una solución alcalina de CMC y al remover el solvente, tal como por evaporación o evaporación asistida con calor.
Los materiales de barrera elaborados de o que contienen CMC pueden ser resistentes a una variedad de materiales. Por ejemplo, los materiales de barrera pueden ser resistentes a aceite o grasa, resistentes a oxigeno, o ambos, que son características que dependen típicamente del tamaño de poro, del material de barrera, de los defectos, tal como agujeros o ambos. Las propiedades de barrera de un material de barrera también pueden depender del peso del revestimiento, de la absorbencia de la película (si el material es una película), o de ambos.
Se puede obtener un alto peso de revestimiento, en algunas circunstancias, al usar una solución de CMC que tiene una concentración relativamente alta, y la absorbencia de película se puede mejorar al usar CMC con alto peso molecular. Estas consideraciones se pueden balancear para producir un material de barrera deseable, debido a que es aceptable un menor pesos de revestimiento, en algunas circunstancias, si se usa una CMC de mayor peso molecular. Además de mejorar el peso del revestimiento, el hacer a la película el material de barrera de una solución de CMC con una concentración relativamente alta puede mejorar la absorbencia de la película debido a que la película húmeda disfrutará de una inmovilización más rápida. En general, las soluciones alcalinas de CMC descritas en la presente se pueden usar para optimizar estos factores, incluyendo el peso molecular de CMC y la concentración de la solución de CMC.
Las modalidades de la presente descripción permiten el uso de mayores concentraciones de CMC y sólidos sin incrementar significativamente la viscosidad o sin afectar negativamente la funcionalidad de la CMC. De manera deseable, las soluciones alcalinas de CMC proporcionada en la presente se caracterizan como que tiene una viscosidad que está sustancialmente reducida en comparación a una solución comparable de CMC sin sales alcalinas. Por ejemplo, en modalidades, la viscosidad de la solución alcalina de CMC que comprende una sal alcalina es menos de aproximadamente 50% que una solución comparable de CMC sin la sal alcalina. En aún otras modalidades, la viscosidad de la solución alcalina de CMC que comprende una sal alcalina es de aproximadamente 20% a aproximadamente 50% que de una solución comparable de CMC sin la sal alcalina.
Por ejemplo, en ciertas modalidades la adición de una sal alcalina incrementa la concentración máxima de CMC en una solución alcalina de CMC desde un limite superior de 12-15% de CMC a un limite superior de 18-20%, o de un limite superior de aproximadamente 10% a aproximadamente 13-15%, o de un límite superior de 8% a aproximadamente 9.8-12%.
La presente invención se ilustra adicionalmente por los siguientes ejemplos, que no se van a considerar ni en ningún modo como que imparten limitaciones en el alcance de la presente. Por el contrario, se va a entender claramente que se puede tener que recurrir a varias modalidades, modificaciones equivalentes preferentes de la presente que, después de la lectura de la descripción de la presente, pueden sugerir por sí mismos a los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de las reivindicaciones anexas .
Ej emplos Ejemplo 1: Viscosidad de Soluciones Normales y Experimentales a Concentraciones Variables de CMC Se prepararon soluciones de CMC usando CMC grado FF-5 (viscosidad al 4% de 27 mPas (Brookfield LV 60 rpm, 25°C), M 50 kD, DS 0.7) a cuatro concentraciones de CMC: aproximadamente 5, 13, 17, y 20 por ciento de CMC. Se pre-mezcló a2C03 al 2% con la CMC para producir las soluciones "experimentales". La viscosidad de cada solución se midió y los resultados se pueden ver en la Figura 1. Medición de viscosidad: Brookfield RV 100 rpm, 50°C. Se mezclaron CMC y mezcla seca de CMC + sal con agua usando un mezclador de alambre durante 90 minutos antes de medir la viscosidad.
La Figura 1 muestra una disminución en la viscosidad de la solución para las soluciones Experimentales en comparación a las soluciones normales con concentraciones idénticas de CMC. A la concentración más alta de CMC, 20%, la solución normal tiene una viscosidad de casi 9000 mPas en tanto que la solución experimental que contiene a2C03 y una viscosidad de casi 3500 mPas. Estos resultados demostraron la capacidad para lograr soluciones de CMC altamente concentradas que tiene una viscosidad de no más de 5000 mPas, el limite de manejo para estas soluciones. Sin embargo, el limite de manejo depende de la maquinaria usada y de la temperatura.
Ejemplo 2: Efecto de Varias Sales en la Viscosidad de Soluciones de CMC Se adicionaron varias concentraciones de sales alcalinas y NaCl a soluciones de CMC a una concentración de CMC de 20% para producir soluciones de CMC como se muestran en la Tabla 1. CMC de Referencia: FF-5 (viscosidad al 4% de 27 mPas, DS 0.7). Medición de viscosidad: Brookfield RV 100 rpm, 60 °C. Se mezclaron CMC y mezcla seca de CMC + sal con un mezclador de alambre con agua durante 90 minutos antes de medir la viscosidad. Se realizaron las mediciones de viscosidad en las soluciones, los resultados de lo cual se muestran en la Tabla 1 y la Figura 2.
Tabla 1. Viscosidad de soluciones de CMC con varias concentraciones de sal Como se ilustra en la Figura 2A, la viscosidad de la solución se incrementó con una concentración creciente de NaCI. La adición de la sal alcalina dio por resultado una disminución en la viscosidad de la solución, en comparación a la solución sin la sal y en comparación a la solución con NaCI. Por ejemplo, como se ilustra en la Figura 2B (que muestra los efectos de una sal neutral y sal alcalina en CMc que tiene un DS de 0.7 y un peso molecular de 50 kD, 200 kD, o 350 kD) , la adición de sal neutral (NaCI) incrementó típicamente la viscosidad de la solución de CMC que tiene un menor peso molecular (es decir, 50 kD y 200 kD) . En tanto que la adición de la sal alcalina (Na2C03) disminuyó más significativamente la viscosidad de la solución de CMC a un menor peso molecular.
Ejemplo 3: Viscosidad y Cambio de pH de Soluciones de CMC en la Adición de Sal Alcalina Se prepararon soluciones de CMC usando varios grados de CMC descritos en la Tabla 2 posterior tanto con cómo sin una sal alcalina. Se mezclaron las CMC y una mezcla seca de CMC + sal alcalina (carbonato de sodio al 2%) con un mezclador de alambre en agua durante 90 minutos antes de medir el pH y la viscosidad.
Tabla 2. Viscosidad y cambio de pH de soluciones de CMC con adición de sal alcalina al 2% En general, la Tabla 2 muestra que las soluciones que contienen CMC de menor peso molecular (es decir, en el presente ejemplo de menos de 200 kD) presentaron las más grandes disminuciones en la viscosidad en comparación a soluciones similares que no contienen una sal. Adicionalmente, a menores grados de peso molecular de CMC, el pH de la solución alcalina es significativamente mayor que aquel de la solución que no contiene una sal.
Los efectos del pH en la viscosidad de soluciones de CMC se caracterizaron adicionalmente al medir la viscosidad de una solución de CMC (FF-5, CMC al 20% en peso) tanto con cómo sin sales alcalinas. La viscosidad se midió usando un Brookfield RV a 100 rpm y 60°C después de mezclar la mezcla seca con agua durante 90 minutos. Los resultados se ilustran en la Figura 3, que muestran que conforme se incrementa el pH con adición de las sales alcalinas, disminuyó la viscosidad de la solución de CMC. Los puntos de datos que representan la muestra que tiene un pH de 6 y una una viscosidad de 8500 no incluyen una sal alcalina; las muestras restantes incluyeron una sal alcalina. Los puntos de datos cerca de un pH de 8 fueron dos recolectados de dos diferentes soluciones para demostrar repetitividad.
Ejemplo 4: Pruebas de Aplicación Se realizaron pruebas de aplicación con una formulación objetivo de color de revestimiento que tiene 100 pph (partes por cien) de CaC03, 10 pph de látex SB, 0.15 pph de CMC y 0.3 pph de abrillantador óptico. El contenido de sólidos de la formulación de color de revestimiento fue de 70% en peso y el pH se ajustó a 8.5 por la adición de hidróxido de sodio. La CMC se adicionó como una solución pre-disuelta al 20% de CMC FF-5 tanto con cómo sin Na2C03 (Na2C03 al 1 o 2%). La reologia de color de revestimiento, la retención de agua y las propiedades ópticas de los papeles revestidos se caracterizaron para estas muestras y se ilustran en las Figuras 4-7.
La reologia de la formulación de color de revestimiento se evaluó usando un Brookfield RV a 100 rpm, un viscosimetro DV-10 de alto corte Hercules (velocidad de corte 100000 1/s), y un viscosimetro ACAV A2-capilar (velocidad de corte 1000000 1/s). Se midió la retención de agua estática (AA-GWR) usando un volumen constante de 10 mL de la formulación de color de revestimiento (tamaño de poro de membrana de 5 µ??, presión de 30 kPa, 2 minutos) .
El revestimiento de papel se llevó a cabo con un revestidor de laboratorio (DT Paper Science) a una velocidad de 70 m/min. La formulación de color de revestimiento se aplicó a una trama de papel por el aplicador de rodillo y el exceso se dosificó por una cuchilla rígida. La trama base juega un papel fino pre-revestido (gramaje 100 g/m2) y el peso de revestimiento de las pruebas fue de 8-9 g/m2.
Las mediciones de viscosidad se tomaron a diferentes velocidades de corte, los resultados de lo cual se ilustran en las Figuras 4 y 5. No hubo diferencia significativa en la viscosidad a diferentes velocidades de corte para las formulaciones de color de revestimiento que contienen CMC con o sin el carbonato de sodio.
En la Figura 6 se ilustran las propiedades de retención de agua. No hubo diferencia significativa en las propiedades de retención de agua para las formulaciones de color de revestimiento que contienen CMC con o sin el carbonato de sodio. Además, como se ilustra en la Figura 7, el uso de carbonato de sodio no disminuyó significativamente el valor de blancura del papel revestido.
Ejemplo 5: Materiales de Barrera Elaborados de o que Contienen CMC Se elaboraron cuatro materiales de barrera que contienen CMC y se evaluaron usando una prueba de KIT para determinar su resistencia a aceite. La resistencia a aceite es mejor para aquellos materiales de barrera con mayores puntuaciones de la prueba de KIT.
Se prepararon los materiales de barrera al formar soluciones pre-disueltas de CMC, con y sin sales alcalinas, que tienen diferentes concentraciones. Las soluciones pre-disueltas se aplicaron por varillas a mano y en un papel aprestado en la superficie de 80 g/m2. Los materiales se secaron con una secadora de aire. Los cuatro materiales de barrera que contienen CMC y sus características se listan en la siguiente tabla: Tabla 3. Características de Materiales de Barrera El desempeño de los materiales 1-4 5 se muestra en la Figura 8, que representa los valores de KIT de los cuatro materiales sobre un intervalo de pesos de revestimiento. Los datos en la Figura 8 indican que las modalidades descritas en la presente proporcionan la posibilidad de usa soluciones de CMC que tienen un mayor intervalo de concentraciones para producir materiales de barrera. Además, el material de barrera número 2 en este ejemplo, que se hizo con una solución de CMC de concentración relativamente alta, tiene mejor absorbencia de película que las otras muestras, y requirió menos tiempo de secado.
En tanto que la invención se ha descrito en detalle con respecto a modalidades específicas de la misma, se apreciará por aquellos expertos en la técnica, en el logro de un entendimiento de lo anterior, que se pueden concebir fácilmente alteraciones, variaciones y divalentes de estas modalidades. Por consiguiente, el alcance de la presente solicitud se debe valorar como aquel de las reivindicaciones anexas y cualquiera equivalente de las mismas .

Claims (25)

REIVINDICACIONES
1. Un método para incrementar la concentración de una solución concentrada de CMC, caracterizado porque comprende : disolver una CMC y una sal alcalina en agua para obtener una solución alcalina de CMC, y opcionalmente modificar el pH de la solución alcalina de CMC a un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11, en donde la CMC tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9, y en donde la solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso, tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11, y tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa .
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la CMC tiene un peso molecular de menos de aproximadamente 300 kD.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la CMC tiene un peso molecular de menos de aproximadamente 150 kD.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la CMC tiene un pH de menos de aproximadamente 9 para una solución al 1% de la CMC.
5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la CMC tiene un pH de menos de aproximadamente 8 para una solución al 1% de la CMC.
6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% hasta aproximadamente 25%.
7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC comprende CMC de una concentración mayor de aproximadamente 10% hasta aproximadamente 25%.
8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 12% hasta aproximadamente 25%.
9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 15% hasta aproximadamente 25%.
10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 18% hasta aproximadamente 25%.
11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 20% hasta aproximadamente 25%.
12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal alcalina se selecciona del qrupo que consiste de carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, sulfito de sodio, hidróxido de sodio, silicato de sodio, hidróxido de potasio, carbonato de potasio, bicarbonato de potasio, hidróxido de calcio y combinaciones de estos.
13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC comprende la sal alcalina en una concentración de al menos 0.05% en peso.
14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la sal alcalina comprende carbonato de sodio, y la solución alcalina de CMC comprende la sal alcalina en una concentración de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 1.0% en peso.
15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la sal alcalina comprende adicionalmente sulfito de sodio, bicarbonato de sodio, o una combinación de estos, y la solución alcalina de CMC comprende la sal alcalina en una concentración de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 2% en peso.
16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la concentración total de carbonato de sodio y sulfito de sodio, bicarbonato de sodio- o una combinación de estos en la solución alcalina de CMC es menos de aproximadamente 5% en peso.
17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 10.5.
18. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la solución alcalina de CMC tiene una viscosidad que se reduce sustancialmente en comparación a una solución comparable de CMC sin la sal alcalina.
19. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la viscosidad de la solución alcalina de CMC que comprende la sal alcalina es menos de aproximadamente 50% de la viscosidad de una solución comparable de CMC sin la sal alcalina.
20. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la viscosidad de la solución alcalina de CMC que comprende la sal alcalina es de aproximadamente 20% a aproximadamente 50% de la viscosidad de una solución comparable de CMC sin la sal alcalina.
21. Una composición de revestimiento de papel de alto contenido de sólidos, caracterizada porque comprende un pigmento y una solución alcalina de CMC, en donde la solución alcalina de CMC comprende CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso y una sal alcalina en una concentración de al menos aproximadamente 0.05% en peso, en donde la CMC tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9.
22. La composición de revestimiento de papel de alto contenido de sólidos de conformidad con la reivindicación 21, caracterizada porque la CMC tiene un peso molecular de menos de aproximadamente 300 kD.
23. Una solución concentrada de CMC, caracterizada porque comprende: una solución alcalina de CMC que comprende agua, CMC en una concentración mayor de aproximadamente 9.8% en peso, y una sal alcalina en una concentración mayor de aproximadamente 0.05% en peso, en donde la CMC tiene un grado de sustitución de menos de aproximadamente 0.9 y un peso molecular menor de aproximadamente 300 kD, y en donde la solución alcalina de CMC tiene un pH de aproximadamente 7.5 a aproximadamente 11, y tiene una viscosidad de menos de aproximadamente 5,000 mPa.
24. La solución concentrada de CMC de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la concentración de la sal alcalina es de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 2.0% y la concentración de la CMC es mayor de aproximadamente 9.8% hasta aproximadamente 20%.
25. La solución concentrada de CMC de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la concentración de la sal alcalina es de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 1.5% y la concentración de la CMC es mayor de aproximadamente 12% hasta aproximadamente 20%.
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