MXPA00003293A - Polimeros como agentes de pegajosidad para adhesivos contenidos en fibras secundarias - Google Patents

Abstract

Un método mejorado para inhibir la deposición de contaminantes de adhesivos, masas fundidas en caliente y/o materiales de adhesivos sensible a la presión en las superficies de productos de papel secundario y equipo de formación de pulpa durante la fabricación de los mismos a partir de los productos de papel de desecho comprende la aplicación de un dispersante soluble en agua seleccionado del grupo que consiste de un hidrocoloide modificado hidrofobicamente o un polímero deácido acrílico. El dispersante, preferentemente una goma de guar modificada o copolímero deácido acrílico de sodio /ácido maleico mejora la calidad del producto y comportamiento del equipo de fabricación de papel.

Description

POLÍMEROS COMO AGENTES DE PEGAJOSIDAD PARA ADHESIVOS CONTENIDOS EN FIBRAS SECUNDARIAS DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona generalmente a procesos para la reciclizacíón de desechos y en particular de productos de papel. Más específicamente, la invención se relaciona a procesos para la preparación de productos de papel secundarios a partir de materiales de papel reciclado. El reciclado y transformación de materiales de papel de desecho en productos de papel secundarios es importante desde un punto de vista ambiental así como también desde el económico. Esto no solo salva los recursos naturales y reduce volúmenes de basura y contaminación, sino si se realiza en una forma eficiente, utiliza una fuente no cara de agente de relleno de papel. Sin embargo, deben ser resueltos un número de problemas en la transformación exitosa de materiales de papel de desecho a papel secundario de calidad y comportamiento adecuados. La industria de fibra secundaria utiliza papel de desecho o productos de papel como una fuente de fibra de papel (comúnmente referido como "fibra secundaria") para producir productos de papel terminados. Papel de desecho y productos de papel que son la fuente de la fibra secundaria incluyen cualesquiera materiales de papel de desecho tales como periódicos, revistas, bolsas y cajas de papel, desecho de oficina mezclado, impresión de computadora, libros de registro, etc. Los papeles una vez procesados contienen varios tipos de adhesivos (sensibles a la presión, masas fundidas en caliente, etc.), tintas, y aglutinantes de recubrimiento. Una lista grande de adhesivos naturales y sintéticos encontrados en diferentes grados de papel se describe en el artículo, "Stickies Control by Detackification" , Robert D. Moreland, 1986 Pulping Conference, pág. 193-196. Este artículo también describe en algún detalle el problema resuelto por la presente invención. Diferentes materiales adhesivos así como también mezclas de grasas y residuos están presentes en los muebles de fibra de papel y un problema particular en el reciclado de papel es la presencia de adhesivos, tinta y aglutinantes de recubrimiento (principalmente aquellos compuestos de polímeros sintéticos) que se encuentran en algún papel de desecho que es utilizado. Más específicamente, etiquetas, calcas, cintas adhesivas, estampillas, sobres, enlaces de libros, etc., cada uno tiene adhesivos asociados con los mismos y deben ser eliminados cuando se reciclan los productos de desecho. Estos contaminantes adhesivos, conocidos en el medio como "adhesivos y pegamentos" provocan numerosos problemas, ambos en términos de proceso y comportamiento del producto. Algunos de los materiales adhesivos comúnmente usados incluyen, por ejemplo, estireno, caucho de butadieno, acrilato de vinilo, alcohol polivinílico, caucho natural, poliestireno isopreno, polipropileno, acetato de etileno vinilo y similares. En la fabricación del papel, la mezcla de grasas y residuos está presente en la forma de una mezcla de carbonato de calcio, jabones de calcio de componentes de madera y otros residuos misceláneos. Una substancia pegajosa, viscosa, es usada ampliamente en el proceso de fabricación de papel y en el pasado ha sido bastante difícil eliminarlo. Específicamente, los contaminantes depositados en y que se adhieren a la máquina cubren toda la máquina e procesamiento de papel por lo que alteran las operaciones. Pueden llenar u obstruir telas de formado y paños de prensa. Los adhesivos también marcaran o agujerarán la lámina de papel . Si los contaminantes están presentes en el papel, provocaran defectos o manchas de la lámina. Esto resulta en estéticas visuales deficientes de papel, y las propiedades de superficie deficientes pueden resultar en dificultadas de impresión. La pegajosidad de estos contaminantes pueden también provocar hojas adyacentes, cuando se enrolla en forma de rodillo, para adherirse una a la otra. Esto puedo provocar desgarres, rompimientos y agujeros en los procesos de conversión. Ya que los adhesivos generalmente tienen la misma densidad como agua y fibra, son difíciles para eliminar. Los adhesivos pueden ser frágiles y por lo tanto no pueden ser completamente filtrados de agua y/o mezcla de fibra. Equipo actualmente utilizado es efectivo a cierto grado pero no al 100%. Obviamente, la economía de producción se afecta muy severamente cuando se encuentran problemas relacionados con adhesivos. Los adhesivos comúnmente necesitan parado completo del equipo de fabricación con el fin de eliminar tal por técnicas de lavado con solventes . El proceso e limpieza es caro debido a la detención así como también costos de solventes. Para tratar el problema de los adhesivos y pegamentos, han sido empleadas un número de estrategias pqr los fabricantes de papel. Estas estrategias incluyen medios mecánicos y químicos para ya sea eliminar o neutralizar IQS contaminantes . Los medios mecánicos para eliminar los contaminantes incluyen filtros de presión ranurados, hidrociclonas, y limpiadores de varios tipos. También se emplean las unidades de dispersión térmicas/mecánica para romper los contaminantes en partículas de tamaño de micrones, que son difíciles para detectar en la lámina final. A pesar de estas técnicas, no puede ser realizado el 100% de eliminación de contaminantes por medios mecánicos. Químicamente, se toman varios procedimientos, incluyendo neutralización o eliminación de pegajosidad de las superficies contaminantes pegajosas. Tales agentes de eliminación de pegajosidad, incluyen materiales inorgánicos tales como talco y compuestos de circonio, materiales orgánicos tales como alcohol polivinílico y fibras sintéticas hidrofóbicas tales como polipropileno. Además, pueden ser usados varios dispersantes para evitar que se aglomeren los contaminantes. Los contaminantes dispersados pequeños pueden ser fijados a la lámina de papel por el uso de polímeros catiónicos. Finalmente, si el problema á,el contaminante llega a ser severo, serán usados solventes para lavar y eliminar los materiales de las telas de la maquina . La presente invención se relaciona a un método para eliminar la pegajosidad de pulpas de papel de fibra secundaria al tratar las pulpas con una goma guar hidrofóbicamente modificada y copolímeros de ácido maleico acrílico de sodio. La Patente Norteamericana No. 5,415,739 a Furman et al. describe un proceso para la eliminación de pegajosidad de contaminantes adhesivos en pulpas de papel de fibra secundaria usando un terpolímero de glicol terftalato soluble en agua. Se prepara el terpolímero como el producto de destilación de monómeros de polietilenglicol que comprende por lo menos 80% del terpolímero; una porción de éster ftálico y un glicol simple tal como etilenglicol, propilenglicol, y similares. El terpolímero se agrega ya sea directamente al artículo antes de la formación de hoja o se rocía sobre el frente en la regadera de agua usada para limpieza de telas y paños empleados durante la formación de hoja y eliminación de agua. La Patente Norteamericana No. 4,956,051 cedida a Moreland describe el uso de un polímero de alcohol polivinílico para eliminar la pegajosidad de materiales adhesivos contenidos en las fibras secundarias de papeles de desecho reciclados. El polímero de alcohol polivinílico también contiene algunas porciones hidrofóbicas tales como acetato, propionato, butirato y similares. Se agrega el compuesto a los rociadores y regaderas de agua usadas para lavar los paños, bobinas y rodillos de prenda. La Patente Norteamericana No. 4,886,575 también cedida a Moreland describe y reclama un método para la eliminación de pegajosidad de masa fundida en caliente y/o materiales adhesivos sensibles a la presión contenidos en una hoja de papel de fibra hecha de materiales de papel de desecho usando un polímero de alcohol polivinílico que contiene por lo menos algunos grupos hidrofóbicos tales como acetato, propionato o butirato, es 70-99% hidrolizado y es soluble en agua. Se agrega el polímero al rociador o regadera de agua para aplicación a las hojas de papel una vez presionadas. Finalmente, la Patente Norteamericana No. 4,781,794 y 4,698,133 también cedida a Moreland describe un método para evitar la deposición de materiales adhesivos contenidos en los materiales de papel de desecho usados para hacer productos de papel secundarios . El proceso detalla el uso de derivados de alquilo inferior de celulosa en una solución diluida que se aplica durante el enjuague con regadera de líneas de producción de fabricación de papel secundario convencionales. Derivados adecuados incluyen derivados de metil éter solubles en agua tales como metil celulosa, hidroxipropil metil celulosa; hidroxibutil metil celulosa y similares. Estos son no iónicos en naturaleza y pueden ser usados también para rociar los rodillos y partes de la máquina. Ninguno de estos métodos de la técnica anterior han sido capaces de neutralizar completamente los "adhesivos" y otros contaminantes lo cual lleva al producto de papel final a ser menos ideal y con frecuencia algunas veces provoca defectos y flujos substanciales. Es un objeto de la presente invención entonces, proporcionar un proceso de eliminación de pegajosidad superior para uso en la industria del papel que evite substancialmente depositarse en e incorporarse todo el contaminante adhesivo en los productos de papel secundarios hechos de materiales de desecho reciclados o pulpa virgen. Se realiza el proceso usando métodos estándar conocidos en la técnica y aún proporciona un producto superior a costos inferiores. La presente invención es un método para la eliminación de pegajosidad de contaminantes adhesivos qµe existen en pulpas de fibra de papel secundario usadas para hacer papel reciclado. El proceso comprende aplicar a la provisión de papel o suspensión de pulpa un polímero seleccionado del grupo que comprende una goma de guar hidrofóbicamente modificada, copolímeros de ácido maleico acrilico de sodio o mezclas del mismo. Se agrega el polímero en una concentración de aproximadamente 1.0 ppm a aproximadamente 30 ppm y se agrega en un punto durante el proceso de enrollado cuando hay un contacto íntimo entre Ja solución y el papel contaminado. La invención comprende un método para eliminar -a pegajosidad de los contaminantes adhesivos y mezclas de grasas y residuos que existan en pulpas de papel compuestas predominantemente de fibras secundarias. Se evita que los contaminantes adhesivos se adhieran a las superficies de hojas de papel y el equipo usado para hacer las hojas al agregar a la suspensión de pulpa o el rociador o regadera de agua usada para limpiar las telas y paños empleados durante la formación de hojas y eliminación de agua, una cantidad de eliminación de pegajosidad de derivado hidrofóbico de goma guar, un copolímero de ácido maleico acrílico de sodio y mezclas de los mismos. El derivado de goma guar hidrofóbico útil en el proceso de la presente invención es representado estructuralmente por la fórmula: en donde R representa un alquilo de C4-C22 y el peso molecular de la goma guar puede variar de aproximadamente 10,000 a aproximadamente 1,000,000. Preferentemente, la goma guar modificada es goma guar de hidroxipropilo comercialmente disponible bajo la marca Jaguar® (Rhone-Poulenc, Inc. Cranbury, New Jersery) . Otrps hidrocoloides no iónicos adecuados incluyen goma de xantapo modificada, goma de gellan, goma de acacia y mezclas de los mismos . Otro grupo de dispersantes de polímero útiles en la práctica de la presente invención incluyen polímeros y copolímeros de ácido acrílico y tales como polímeros de ácido acrílico de sodio representados por cadenas grandes comprendidas de unidades estructurales repetidas que consisten de [CH2=CHC02Na*j x en donde x es un número de aproximadamente 20 a 100 Otros dispersantes adecuados comprenden copolímeros de ácido acrílico y ácido maleico. pn particular, estos comprenden copolímeros de ácido acrílico de sodio/maleico de la unidad estructural repetida: en donde y es un número entero de aproximadamente 20 a 100. Preferentemente, se usa un copolímero de ácido maleico acrílico de sodio con un peso molecular de aproximadamente 17,000 a 20,000. Otros copolímeros útiles incluyen poliacrilamida, ácido acrilamidopropilsulfónico, copolímeros de ácido acrílico/ácido metacrílico, copolímeros de ácido acrílico/ácido itacónico, copolímeros de ácido acrílico/acrilato de hidroxipropilo, ácido maleico y polímeros del mismo, copolímeros de ácido acrílico/acrilato de hidroxietilo, copolímeros de ácido acrílico/disobutileno, derivados de ácido acrílico/ácido sulfónico de copolímeros de metacrilato y mezclas de los mismos. Todos los polímeros y copolímeros enlistados anteriormente pueden también ser modificados hidrofóbicamente para producir derivados hidrofóbicos de los mismos. Los dispersantes de polímero de ácido acrílico y/o hidrocoloides se agregan al sistema de fabricación de papel en una ubicación que permitirá contacto íntimo entre el dispersante y la provisión de papel contaminado por un período de por lo menos 30 minutos. La concentración será suficiente para permitir dilución subsecuente de tal forma que una concentración de 1 ppm a 30 ppm se mantenga en la máquina de papel o en el punto donde se desea el control de depósito de adhesivos. Adicionalmente, puede ser agregado el material polimérico a las aguas para rociar utilizadas durante el proceso de fabricación de hoja de papel. En este aspecto, durante la formación de la hoja de fibra, se someten las bobinas y telas a varios rociadores y regaderas . Para asegurar contra cualesquiera problemas debidos a los adhesivos en bo.binas, paños o rodillos de la prensa, es deseable también agregar materiales poliméricos de la invención a regaderas o rociadores de agua que se usan para limpiar y lubricar estas partes. Cuando se usan en las regaderas o rociadores lps dispersantes poliméricos deben ser agregados al agua para rociar para proporcionar por lo menos 5 ppm. Las dosis típicas están entre 20-50 ppm. La experimentación de rutina puede determinar dosis óptimas. Se presentan los siguientes ejemplos con el fin de exhibir mejor la funcionalidad de varias modalidades específicas de la invención. Son para propósitos ilustrativos solamente, y se reconoce que pueden hacerse variaciones y cambios menores con respecto a las composiciones empleadas y los parámetros de procesos de operación. Por ejemplo, un experto en la técnica concebiblemente emplea otros polímeros o copolímeros similares, pero no idénticos no reconocidos inmediatamente en la presente. Se entiende entonces además, que en cualquier grado tales cambios o variaciones no contemplados en la presente no alteran materialmente el proceso y sus resultados, tales variaciones son consideradas como qtie caen dentro del espíritu y alcance de la invención como se declara posteriormente en las reivindicaciones.

EJEMPLO I Con el fin de establecer la eficacia de los polímeros de la invención como agentes de eliminación de pegajosidad, se diseña una prueba de la adhesividad utilizando cintas con la parte posterior con adhesivo como adhesivos desde cupones. Esta prueba utiliza los cupones para representar las superficies contaminantes de adhesivos de una máquina que fabrica papel . Se usa también la película de poliéster (MYLAR® disponible de DuPont Co.) para este propósito. Las telas de formación de fabricación de papel son un área con problema particular en términos de obstrucción por contaminantes de adhesivos. Se usa una cinta con la parte posterior con adhesivo con superficie de adhesivo de estireno butadieno ya que los adhesivos ?ie estireno butadieno son un contamínate de adhesivo común en sistemas de papel. La cinta de adhesivo de estireno butadieno está disponible en la compañía 3M. Se colocan los cupones (1x4 pulgadas) en vasos de precipitados llenos con agua corriente. Se agregan polímeros de hidrocoloides modificados diferentes a diferentes a rompederos. Los cupones de adhesivos y los cupones de película de poliéster se colocan en las soluciones de prueba respectivas de tal forma que el lado adhesivo del cupón de adhesivo está lejos del cupón de película de poliéster. Se colocan los vasos de precipitados en un baño de agua controlado a una temperatura de 50°C por una (1) hora. Los cupones se eliminan entonces de los vasos de precipitados, se dejan en una superficie plana, y se secan con papel absorbente para eliminar cualquier exceso de agua. El lado del adhesivo del cupón de adhesivo se coloca en contacto con el cupón de poliéster y se presiona a 25 psi entre los cuadros de caucho en una prensa con placas calientes por 2 minutos. La resistencia de adherencia promedio del enlace formado entre el cupón de cinta de adhesivo y el cupón de poliéster se determina con un probador de tracción Instron a temperatura ambiente y a une velocidad de 180 mm/min. La resistencia de adherencia del enlace formado entre el cupón de cinta de adhesivo y el cupón de poliéster indica la tendencia del contaminante de adhesivo para atraer componentes del formador de pulpa y/o la máquina de papel y provocar capacidad de fluido o problemas de calidad del producto . Los resultados para este grupo de pruebas con los polímeros comprendidos de derivados de goma guar modificada hidrofóbicamente se dan en la Tabla 1. Cada muestra se realiza por duplicado. Se dan en libras (Ib) los valores de adherencia.

Tabla 1 Efecto de derivados de goma guar hidrofóbicamente modificados en la resistencia de enlace de adhesivo de estireno butadieno a película de poliéster Concentración del Resistencia de de disminución tratamiento adherencia (lbs) 0 ppm (Control) 1.66 ± 0.05 4 ppm 0.11 ± 0.02 93% 10 ppm 0.065 + 0.001 93; Se dan los resultados para un grupo de pruebas usando copolímeros de acrílico de sodio (anhídrido maleico/copolímero acrílico) , Colloid® de Rhone-Poulenc, en agua corriente a pH 7 en la Tabla 2. Se realiza cada muestra por duplicado. Se dan los valores de adherencia en libras (Ib) . Tabla 2 Efecto de copolímero de acrílico en la resistencia e enlace de adhesivo de estireno butadieno a película de poliéster en agua corriente, pH 7 Concentración del Resistencia de % de disminución tratamiento adherencia (Ibs) 0 ppm (Control) 1.66 ± 0.050 4 ppm 0.087 + 0.036 94% 10 ppm 0.044 + 0.018 97% Se dan los resultados para un grupo de pruebas usando Colloid® 111D de Rhone-Poulenc) , en agua corriente en alcalinidad superior (pH 10) en la Tabla 3. Se realiza cada condición de muestra por duplicado. Se dan los valores de adherencia en libras (Ib) . Tabla 3 Efecto de copolímero acrllico en la resistencia de enlace de adhesivo de estireno butadieno a película de poliésteren agua corriente, pH 10 Concentración del Resistencia de de disminución tratamiento adherencia (lbs) 0 ppm (Control) 1.66 ± 0.05 4 ppm 0.067 ± 0.03 96% 10 ppm 0.046 ± 0.026 97-c Se prueba la resistencia de unión a concentraciones superiores de iones calcio y magnesio (1000 ppm) con el fin de mostrar su eficacia en presencia de concentración de ion metal alto. Se dan los resultados para este grupo de pruebas a pH 7 en la Tabla 4. Se realiza cada condición de muestra por duplicado. Se dan los valores de adherencia en libras (Ib) . Tabla 4 Efecto de copolímero acrílico en la resistencia de enlace de adhesivo de estireno butadieno a película de poliéster a 1000 ppm (Ca2/Mg2) pH 7 Concentración del Resistencia de de disminución tratamiento adherencia (lbs) 0 ppm (Control) 1.66 + 0.05 4 ppm 0.19 ± 0.037 86% 10 ppm 0.12 ± 0.032 93% Puede observarse de los resultados anteriores que la goma guar hidrofóbicamente modificada y los copolímeros de acrílico reducen significativamente la resistencia de unión del adhesivo de contacto entre el adhesivo de estireno butadieno y la superficie de poliéster, incluso bajo condiciones variadas y a diferentes concentraciones.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para la eliminación de pegajosidad de los contaminantes de adhesivos y mezclas de grasas y residuos en pulpas de papel que consisten predominantemente de fibras secundarias caracterizado porque comprende la adición de dispersante soluble en agua seleccionado del grupo que consiste esencialmente de hidrocoloides hidrofóbicamente modificados, polímeros de ácido acrílico, copolímeros de ácido acrílico/ácido maleico, sus derivados hidrofóbicamente modificados y mezclas de los mismos.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque se selecciona el hidrocoloide del grupo que consiste esencialmente de goma guar modificada, goma de xantano modificado, goma de gellan modificada y mezclas de las mismas.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 2 caracterizado porque la goma de guar modificada es guar de hidroxipropilo.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el copolímero de ácido acrílico/ácido maleico se selecciona del grupo que consiste de copolímeros de ácido acrílico de sodio/ácido maleico, poliacrilamida, ácido acrilamidopropilsulfónico, copolímeros de ácido acrílico/ácido metacrílico, copolímeros de ácido acrílico/ácido tacónico, copolímeros de ácido acrílico/acrilato de hidroxipropilo, polímeros de ácido maleico y ácido maleico, copolímeros de ácido acrílico/acrilato de hidroxietilo, copolímeros de ácido acrílico/disobutileno, copolímeros de ácido acrílico/metacrilato de ácido sulfónico, copolímeros de metacrilato ácido, polímeros de ácido acrílico de sodio, sus sales y mezclas de los mismos.
5. 5. El método de conformidad con las reivindicaciones 2 ó 4 caracterizado porque se agrega el dispersante a la pulpa de madera en una concentración de aproximadamente 1.0 ppm a aproximadamente 30 ppm.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 5 caracterizado porque el dispersante soluble en agua se pone en contacto con la pulpa por un periodo de 30 minutos.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 5 caracterizado porque se agrega el dispersante a la pulpa y fibra secundaria en el artículo,
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 5 caracterizado porque se rocía el dispersante sobre la hoja de papel secundario o tramo durante la compactación por rodillo.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 5 caracterizado porque los contaminantes de adhesivos en la pulpa de papel se seleccionan del grupo que consiste de caucho de estireno butadieno, acrilato de vinilo, alcohol polivinílico, caucho natural, poliestireµo de isopreno, polipropileno, adhesivos de acetato de etileno vinilo y mezclas de los mismos.