MXPA00008353A - Emulsificacion de apresto de anhidridos alquenil succinicos con una goma natural para productos de papel - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una goma natural que es utilizada para proporcionar emulsificación mejorada de agentes de apresto de anhídrido alquenil succinico (ASA) para productos de papel. La goma natural puede ser no iónica, catiónica, aniónica, amfotérica, oxidada, derivada o modificada. La goma natural preferida es de la familia de las gomas de galactomanana en los cuales la goma es un ejemplo principal. La emulsión de apresto de anhídrido alquenil succínico (ASA) formada con la goma natural mejora la estabilidad y la película formada es distribuida uniformemente promoviendo mediante esto un apresto más uniforme del producto de papel. La proporción del ASA a la goma natural en la emulsión fluctúa de 0.01:1 a 100:1 y de preferencia 0.1:1 a 20:1. La cantidad de apresto de ASA es de 1 libra/tonelada a 10 libras/tonelada de producto de papel terminado y de preferencia 2 libras/tonelada a 8 libras/tonelada. Un tensoactivo puede ser utilizado para mejorar adicionalmente la estabilidad de la emulsión.

Description

EMULSIFICACION DE APRESTO DE ANHÍDRIDOS ALQUENIL SUCCINICOS CON UNA GOMA NATURAL PARA PRODUCTOS DE PAPEL CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención es concerniente con el uso de una goma natural para la emulsificación de agentes de apresto de anhídridos alquenil succínicos (ASA) en la fabricación de productos de papel. La goma puede ser no iónica, catiónica, aniónica, anfotérica, oxidada, derivada o modificada de otra manera .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los anhídridos alquenil succínicos (ASA) útiles en el apresto de materiales celulósicos han ganado éxito comercial considerable, estos materiales fueron descritos por primera vez en la patente norteamericana No. 3,102,064 que es incorporada posteriormente por referencia. Esta patente describe una cierta clase de materiales químicos que tienen en general la fórmula estructural: en donde R representa un radical dimetileno o trimetileno y en donde R1 es un grupo hidrofóbico que contiene más de 5 REF: 122448 átomos de carbono que pueden ser seleccionados del grupo que consiste de grupos alquilo, alquenilo, aralquilo o aralquenilo. Al describir el uso de los aprestos de ASA descritos en esta referencia, el cesionario indica que para una utilización efectiva, los agentes de apresto deben ser utilizados en conjunción con un material que es ya sea catiónico por naturaleza o es por otra parte, apto de ionización o disociación de tal manera para producir uno o más cationes u otros grupos cargados positivamente. Los agentes catiónicos tal como son definidos en esta referencia son descritos como "alumbre, cloruro de aluminio, aminas grasas de cadena larga, aluminato de sodio, poliacrilamida, sulfato crómico, goma de animal, resinas termofraguables catiónicas y polímeros de poliamida". El cesionario indica en particular como agentes catiónicos preferidos varios derivados de almidón catiónicos en los que se incluyen derivados de almidón de amina primaria, secundaria, terciaria o cuaternaria y otros derivados de almidón sustituidos con nitrógeno catiónicos, también como derivados de almidón de sulfonio y fosfonio catiónicos. Tales derivados, tal como se afirma por el cesionario, pueden ser preparados a partir de todos los tipos de almidones en los que se incluyen el de maíz, tapioca, patata, etc. Con el uso comercial creciente de aprestos del tipo descrito anteriormente, varios problemas han permanecido en la aplicación de los aprestos a materia prima de papel o pulpa antes de su formación a una hoja u otras formas útiles. Parte del problema ha sido de que los materiales de apresto de ASA no son solubles en agua y así deben ser emulsificados antes de la aplicación. Esto permite que el apresto insoluble en agua sea dispersado en la pulpa, distribuir así más uniformemente junto con las fibras celulósicas y creando así el efecto deseado sobre el producto final. Otro problema es que el uso de almidones catiónicos y/u otros polímeros catiónicos de alto peso molecular provocan la formación de depósitos de máquina y problemas de operación concurrentes en forma de picado de prensa, relleno de fieltro y control de consistencia de tina del cilindro deficiente. En tanto que los agentes catiónicos descritos en la patente norteamericana No. 3,102,064 han tenido algún éxito, ha habido en la industria de papel necesidad de producir un "agente de emulsificación" más efectivo para aprestos de ASA para evitar los problemas de depósitos y problemas de relleno de fieltro mencionados anteriormente, además, tal agente de emulsificación ayudaría de preferencia en la retención del apresto sobre la fibra e incrementaría, en donde sea deseable, la resistencia en un húmedo y/o seco del material de hoja final. La patente norteamericana No. 4,657,946 intenta superar algunas de las desventajas de la patente norteamericana No. 3,102,064. Esta referencia, la patente la patente norteamericana No. 4,657,946 describe el uso de un polímero de adición de vinilo soluble en agua cargado catiónicamente con un tensioactivo para proporcionar emulsificación de los agentes de apresto de anhídrido alquenil succínico. La formulación de los ASA de esta referencia comprende un polímero de adición de vinilo soluble en agua, catiónico, ASA, un tensioactivo y agua. Se dice que la formulación de apresto de ASA de esta referencia obtiene resultados de apresto superiores y resultados de retención superiores en tanto que minimiza o elimina depósitos de la máquina de papel, relleno de fieltro y picado de prensa. En tanto que esta formulación de apresto de ASA de la patente norteamericana No. 4,657,946 ha tenido algún éxito, particularmente con respecto a propiedades de retención de tinta superiores de los productos de papel, todavía hay necesidad en la industria de papel de proporcionar una formulación de apresto de ASA más efectiva en donde la emulsión es más estable en comparación con la formulación de apresto de ASA de la técnica previa. La patente norteamericana No. 4,657,946 también requiere una alta proporción de polímero de adición de vinilo a apresto de ASA para una emulsificación efectiva. Un agente de emulsificación más eficiente y efectivo en el costo es deseable por la industria.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Ahora, de acuerdo con una modalidad de la presente invención, una formulación de apresto ASA para una emulsión para un producto de papel se proporciona que consiste de agua, anhídrido alquenil succínico (ASA) , una goma natural y opcionalmente un tensioactivo. La goma natural puede ser una goma no iónica, una goma catiónica, una goma aniónica, una goma amfotérica, oxidada, una goma derivada o una goma modificada de otra manera. De preferencia, en una modalidad de la invención, la goma natural comprende una goma natural o goma guar derivada. El peso molecular mínimo para una goma guar utilizada en la invención puede ser mayor de 5,000 amu y quizás mayor de 50,000 amu. El peso molecular superior para la goma natural utilizada en la invención estará en general restringido por su composición natural. No era intención restringir la invención en base al peso molecular. La proporción de la goma natural al ASA puede fluctuar de aproximadamente 0.01:1 a aproximadamente 100:1 y de preferencia esta proporción fluctúa de aproximadamente 0.01:1 a aproximadamente 20:1.

Es así un objeto de la invención proporcionar una emulsión de apresto de ASA mejorada que comprende agua, anhídrido alquenil succínico (ASA) , opcionalmente un tensioactivo y una goma natural, mediante el cual la goma natural es de tal manera que mejora el desempeño de ASA mediante uno o todos de los mecanismos siguientes: (1) incremento de la retención del apresto por la fibra; (2) creación de una película más uniforme a ser distribuida sobre la fibra; (3) disminución de depósitos (4) mejora de la estabilidad química y física de la formulación de apresto de ASA cuando es almacenada y/o antes de que la formulación de apresto de ASA sea alimentada a la pasta aguada de la materia prima. La emulsión de ASA mejorada es también más estable hidrolíticamente que las emulsiones de ASA de la técnica previa. La estabilidad física de la emulsión de ASA es auxiliada por las gotas de emulsión pequeñas que son estabilizadas o impedidas de coalescencia. Las partículas más grandes y por consiguiente menores no se dispersan tan uniformemente a lo largo de las fibras de celulosa. La estabilidad química se refiere en general a la resistencia del ASA emulsionado a la hidrólisis del anhídrido a la forma acida. El producto de hidrólisis del ASA se considera, en general, no un agente de apresto efectivo. Un objeto adicional de la invención es el uso de una . goma natural como un aditivo y un agente de emulsificación para el apresto de ASA para un producto de papel; esto es, papel y cartón estabilizando mediante esto la mezcla emulsionada de tal manera que la mezcla puede ser almacenada en periodos largos de tiempo antes de que la mezcla emulsificada sea alimentada a una suspensión de pulpa en una máquina de fabricación de papel durante un proceso de fabricación de papel. La emulsión de apresto de ASA mejorada, de preferencia, es muy estable y más resistente a la hidrólisis del apresto de ASA en comparación con las emulsiones de apresto de ASA de la técnica previa. Además de una goma natural, la invención proporciona la adición de un tensioactivo u otro agente de emulsificación a la formulación de apresto de ASA para mejorar adicionalmente el efecto de la goma natural en la emulsión de apresto de ASA y así, el efecto de la emulsión de apresto de ASA en el producto de papel.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Estos y otros objetos y ventajas de la invención se apreciarán y comprenderán mejor por aquellos experimentados en la técnica cuando la siguiente descripción sea leída junto con los dibujos adjuntos de los cuales: La figura 1 es una gráfica que ilustra la hidrólisis del ASA (esto es, estabilidad química mejorada) de un anhídrido a una forma acida en comparación con una formulación de la presente invención que comprende goma guar a aquella de la técnica previa que comprende un polímero de adición de vinilo como el agente de emulsificación de ASA.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Como se usa en la presente, el término "cantidad efectiva" de goma natural se refiere a la cantidad de goma natural necesaria para efectuar un resultado deseado tal como, por ejemplo, la cantidad necesaria para mejorar el desempeño del apresto de ASA en la fabricación de productos de papel. Los aprestos de ASA con los cuales esta invención es aplicable incluyen aquellas mencionadas en las patentes norteamericanas Nos. 3,102,064, 4,040,900, 3,968,005 y 3,821,069, todas las cuales son incorporadas en la presente por referencia. Los aprestos de ASA útiles en la emulsión de la invención son en general descritos por la siguiente fórmula estructural: en donde R representa un radical dimetileno o trimetileno y en donde R1 es un grupo hidrofóbico que contiene más de 5 átomos de carbono que pueden ser seleccionados del grupo que consiste de grupos alquilo, alquenilo, aralquilo o aralquenilo. Los términos "hidrogel", "coloide protector" y "hidrocoloide" son utilizados frecuentemente como terminología descriptiva para una goma. Estos términos se refieren a las propiedades de modifican la viscosidad o capacidad de dilatación en agua que también pueden describir propiedades de otros materiales que se presentan de manera estable en la naturaleza y algunos polímeros a base de petróleo. Una goma natural como se define en la presente derrota un grupo de materiales que se presenta de manera estable en la naturaleza, clasificados en general como polisacáridos o sus derivados que se hidratan en agua. Las gomas naturales son extraídas de plantas marinas, plantas, semillas, raíces y mediante fermentación microbiana. Las gomas naturales pueden ser clasificadas por origen, tales como algas, botánicas (gomas de semilla y extracto de plantas) y microbianas. Varios ejemplos de estas clasificaciones son: Algas: agar, algina, carragenina Botánicas : Semillas: guar, rubinia, tamarindo Extractos de plantas: ghatti, tragacanto, karaya Microbianas: dextrana, xantano, gellan. Una goma natural utilizada en la invención puede ser seleccionada del grupo que consiste de acacia, agar, algina, carragenina, celulosa, damar, dextran, dextrina, lino, gelatina, gelan, guar, jalapa, karaya, kelp, rubinia, olíbano, pectína, psilium, rhamsam, sandarac, tamarindo, tragacanto, welan y xantana y combinaciones de los mismos.

La goma natural utilizada en la invención de preferencia no incluirá materiales que se comprende que son almidones. La mayoría de los almidones son una mezcla de dos tipos de polisacáridos, esto es, amylosa, un polímero esencialmente lineal y amilopectina, un polímero altamente ramificado. El almidón (C6H?o05)n, es obtenido a partir de semillas tales como maíz, trigo y arroz o tubérculos tales como patatas. La goma utilizada en la invención puede estar en su estado natural o puede ser derivada. Algunas de las gomas derivadas incluyen, pero no están limitadas a, oxidadas, carboximetiladas, hidroxialquiladas, éteres cuaternarios y combinaciones de los mismos. La carga sobre la goma natural utilizada en la invención puede ser no iónica, aniónica, catiónica o amfotérica. Una modalidad preferida de la invención proporciona una cantidad efectiva de una goma que consiste de la familia de gomas de galactomanana. Estas son carbohidratos que contienen galactosa y mañosa como los bloques de construcción estructurales. Ejemplos de goma de galactomanana son goma guar y goma de algarroba. En general, la goma guar es un polímero natural soluble en agua derivado del endospermo de la semilla de la legumbre que lleva vaina cyamopsis tetragonolobus y psoraloides que se sabe crecen en la India, Pakistán y en los Estados Unidos de Norteamérica. La carga de una goma guar no modificada es no iónica. Una variedad de características de desempeño, esto es, compatibilidad electrolítica, biodegradabilidad, reología, etc.) pueden ser asignadas a la goma guar por medio de la adición de grupos funcionales. Ejemplos de los grupos funcionales y su impacto sobre las propiedades de carga de la 'goma guar son: Anionicas: carboximetilada No iónica: oxidada e hidroxialquilada Catiónica: amina cuaternaria. La proporción del apresto de ASA a la goma natural en la emulsión de la invención fluctuará de preferencia de aproximadamente 0.01:1 a aproximadamente 100:1 y más de preferencia de aproximadamente 0.1:1 a aproximadamente 20:1. Un tensioactivo puede ser agregado a la formulación para mejorar adicionalmente la estabilidad física de la emulsión. La formulación de apresto de ASA de acuerdo con las enseñanzas de la invención puede ser aplicada a la pasta aguada de pulpa de papel como una emulsión que contiene un contenido de sólidos que fluctúa de entre aproximadamente 0.1 a aproximadamente 20.0% en peso de ASA, en donde el contenido de sólidos contendría las proporciones de apresto de ASA a goma natural como se enseñan anteriormente en la presente. La cantidad de apresto de ASA aplicada al papel o cartón fluctuará de preferencia de aproximadamente 0.25 libras/tonelada aproximadamente 10 libras/toneladas y más de preferencia de aproximadamente 2 libras/tonelada a aproximadamente 8 libras/tonelada del producto de papel terminado. La goma natural utilizada en la invención puede estar en forma de bulbo seco o solución acuosa. Con el fin de ' emplear la goma natural de la invención en la emulsificación de los aprestos de ASA, una solución acuosa de la goma natural puede ser preparada. Esta solución acuosa puede ser agregada al ASA o el ASA puede ser agregado a la solución acuosa de la goma natural. Una segunda modalidad de la invención, además de una goma natural, proporciona la adición de un tensioactivo u otro agente de emulsificación a la formulación de apresto de ASA. De preferencia, este componente adicional trabajara sinergísticamente con la goma natural para: (1) disminuir la cantidad de energía requerida para producir una emulsión estable; (2) incrementar la estabilidad física de la emulsión al disminuir el tamaño de las gotas de emulsión y (3) incrementar la estabilidad química de la emulsión con el paso del tiempo. Para la primera modalidad de la invención que comprende el ASA y goma natural, la mezcla de emulsión de ASA agregada a la pasta aguada de pulpa de acuerdo con la invención contendrá de preferencia aproximadamente 60% a aproximadamente 99% en peso de agua, en base al peso de la mezcla; aproximadamente 0.1% a aproximadamente 20% en peso de ASA, en base al peso de la mezcla y aproximadamente 0.01% a aproximadamente 20% en peso de goma natural, en base al peso de la mezcla. Más de preferencia, esta emulsión contendrá aproximadamente 80% a aproximadamente 99% en peso de 'agua, en base al peso de la mezcla; aproximadamente 1% a aproximadamente 10% en peso de ASA, en base al peso de la mezcla y aproximadamente 0.01% a aproximadamente 10% en peso de goma natural, en base al peso de la mezcla. Con el fin de obtener la emulsión de ASA de la invención, los ingredientes pueden ser mezclados mediante un dispositivo de agitación, por ejemplo una bomba mezcladora, de tal manera que el tamaño de partícula de ASA en la emulsión fluctúa de aproximadamente 0.1 mieras a aproximadamente 10 mieras de tamaño. Los siguientes ejemplos demuestran la efectividad de la emulsión de ASA de la presente invención.

Ejemplo 1 Se preparó una material prima de papel no estándar. La material prima de papel tenía los siguientes componentes y condiciones: (50/50)% en peso de fibra [kraft de madera dura blanqueada/de madera blanda] 10% en peso de carbonato de calcio molido 10% en peso de carbonato de calcio precipitado Refinado = 500 CSF Consistencia = 0.5% en peso. Un ASA emulsionado fue preparado como sigue: Una solución de 1% de goma guar no iónica (J-2204 disponible de Rhone-Poulenc) fue preparada en un mezclador de laboratorio estándar mediante la adición de la goma guar en forma de polvo seco a agua. Una alícuota de esta solución fue agregada a una mezcladora Waring® pequeña. Un apresto de anhídrido alquenil succínico (ASA) obtenido de Dixie Chemical bajo el nombre comercial ASA 100 fue agregado a la mezcladora. Agua de la llave o del grifo adicional fue agregada a la mezcladora. La proporción del apresto de ASA a la goma guar no iónica fue de 10:1. El agua, el apresto de ASA y la goma guar no iónica fueron mezclados durante dos minutos hasta que el tamaño de partículas de los componentes de fue de aproximadamente 1 miera en base a inspección microscópica.

Una alícuota de la materia prima de pulpa de papel fina estándar anterior fue mezclada en un recipiente de vidrio de 1 litro. La secuencia de mezcla fue como sigue: t= 0 segundos - mezclador encendido para mezclar la materia prima de papel t= 5 segundos - emulsión de apresto de ASA agregada t= 15 segundos - se agrega el auxiliar de retención catiónico. t= 30 segundos - la pasta aguada es vertida a un molde de hoja. La cantidad de apresto de ASA agregado a la materia prima de pulpa fue de 5 libras de apresto de ASA por tonelada de papel terminado. La cantidad de auxiliar de retención catiónico agregado a la mezcla fue de 0.5 libras de polímero/tonelada de papel terminado. Se elaboró una hoja de prueba, se prensó y secó en una secadora de tambor rotativo. La mezcla de papel fino formada de la misma fue curada en un horno a 105°C durante 5 minutos. En general, el apresto es formado al utilizar un instrumento de pruebas de apresto Hercules™ (HST) . Este instrumento prueba a la hoja en cuanto a penetración de tinta acida. El instrumento es en general ajustado a 80% de reflectancia, con ácido fórmico al 1% y tinta de prueba verde de naftol al 1.2%. Los valores de HST representan el tiempo (en segundos) que toma para que la solución de tinta sature la hoja. Mientras más largo es el periodo de tiempo, mejor es el apresto. La eficiencia de apresto de la emulsión de apresto de ASA de este ejemplo 1 que consiste de agua, apresto de ASA y goma guar no iónica fue determinada al elaborar hojas de prueba y luego probar las hojas de prueba en cuanto a valores de HST. El procedimiento involucra lo siguiente: la emulsión recién elaborada fue probada inicialmente a 0 horas. Una alícuota de la pasta aguada de materia prima de papel filtro con la emulsión fue tomada cada hora por un total de 5 horas y se elaboró una hoja de prueba. Los valores de HST para las hojas de prueba preparadas con la emulsión de la invención fueron luego preparados con los valores de HST de las hojas de prueba preparadas con una emulsión de la técnica previa. Esta emulsión de la técnica previa fue similar a aquella de la patente norteamericana No. 4,657,946 discutida anteriormente y consistía de un polímero de adición de vinilo catiónico, apresto de ASA, agua y un tensioactivo. Los resultados son mostrados en la tabla 1 a continuación. Los valores de HST son un promedio del lado del fieltro (FS) y el lado de alambre (WS) de la hoja de pruebas .

Tabla 1 * la emulsión se separa después de 3 horas La tabla 1 muestra que la emulsión de apresto de ASA de la presente invención tiene valores de HST comparables con los valores de HST de la emulsión de apresto de ASA de la técnica previa por las primeras dos horas. Esto demuestra que ambas emulsiones tienen eficiencia de apresto comparables para por lo menos dos horas. Sin embargo, la tercera hora muestra que la emulsión de apresto de ASA de la técnica previa se separa; mientras que, los valores de HST para la emulsión de apresto ASA de la invención sigue siendo relativamente altos, esto es, comparables con los valores de HST para las primeras dos horas, que indica que la emulsión de apresto de ASA mejorado de la invención es más estable por un periodo de tiempo más largo en comparación con aquel de la técnica previa. Después de 30 días, las mismas hojas de prueba preparadas de acuerdo con las enseñanzas de la invención fueron otra vez probadas para determinar la efectividad a largo plazo del apresto en las hojas. Los valores de HST son mostrados en la tabla 2.

Tabla 2 En base de los valores de HST promedio en la tabla 2, se aprecia que después de 30 días, la efectividad del apresto en las hojas de pruebas que incorporan la emulsión de apresto de ASA de la invención fue retenida.

Ejemplo 2 La tabla 3 enlista varias gomas de guar naturales y derivadas utilizadas en la preparación de emulsión de ASA utilizando condiciones similares a aquellas del ejemplo 1. Las gomas guar fueron suministradas por Rhone-Poulenc y son de su línea de productos Jaguar. Las hojas de prueba fueron elaboradas de una manera similar a aquella del ejemplo 1. La materia prima consistía de fibra reciclada al 100%. La tabla 3 indica que los valores de HST promedio a cero horas para el lado del fieltro (FS) y el lado del alambre (WS) de las hojas de prueba. La cantidad de apresto de ASA utilizado en estas hojas de prueba fue de 5 libras/tonelada de papel terminado.

Tabla 3 Valores de HST de varias emulsiones de guar-ASA utilizando fibra reciclada Los valores promedios de HST para estos productos de goma guar en la tabla 3 demuestran la capacidad de una variedad de gomas guar naturales y derivados con grupos catiónicos, aniónicos, no iónicos funcionales para producir el desempeño de apresto deseado.

Determinación de la estabilidad hidrolítica de las emulsiones La estabilidad hidrolítica de las emulsiones de apresto de ASA de la invención, esto es, aquellas que contiene una goma guar no iónica (J-2204) de los ejemplos 1 y 2 y aquella de la técnica previa discutida en el ejemplo 1 fue estudiada mediante un método de cromatografía líquida de alto desempeño (HPLC) . El ASA fue separado mediante una columna a sus componentes hidrolizados y no hidrolizados. La columna utilizada para esta separación fue una columna Prodigy C-18 de Fenomenex. La fase móvil, que consiste de una mezcla de agua y acetonitrilo a pH 3, fue corrida bajo condiciones gradientes. La velocidad de flujo fue de 1.5 ml/min a 25°C con el detector de ultravioleta (UV) ajustado a una longitud de onda de 220 nm. Se utilizaron áreas de pico para determinar las cantidades de ASA hidrolizado y no hidrolizado. Mediante el método de HPLC, se observa la conversión del ASA, en un ambiente acuoso, por medio de hidrólisis del anhídrido a un diácido, en general, se sabe que la forma acida del ASA es un agente de apresto muy deficiente. La figura 1 muestra esta conversión del apresto de ASA después de la emulsificación. Después de 6 horas, hay todavía un gran porcentaje anhídrido remanente en la emulsión que contiene la goma guar no iónica de los ejemplos 1 y 2. En contraste, el porcentaje de anhídrido en la emulsión que comprende el polímero de adición de vinilo catiónico o de la técnica previa del ejemplo 1 fue significativamente menor en el mismo periodo. La emulsión de goma guar de la invención incluye mucho más estabilidad hidrolítica que la emulsión de la técnica previa. Esto puede explicar la capacidad de la emulsión de la invención a permanecer por periodos más largos y todavía retener su eficiencia de apresto.

Ejemplo 3 En base a técnicas desarrolladas en el laboratorio, la preparación de la emulsión de apresto de ASA de la invención que comprende goma guar no iónica fue escalada a un equipo de tamaño piloto. El equipo piloto consistía de un homogeneizador Silverson, que fue equipado con una cabeza mezcladora de agujeros redondos y que fue montada en un tanque de 100 galones. Esta unidad fue también equipada con un aparato de embudo para la emisión química y fue apta de capacidades de mezclas de hasta 3600 rpm. Una solución de aproximadamente 0.4% de goma guar no iónica (J- 2204 disponible de Rhone-Poulenc) fue preparada mediante la adición de 760 gramos de goma guar no iónica en 48 galones de agua en un tanque de compensación. La unidad homogeneizadora fue ajustada a la velocidad deseada y la solución al 0.4% de goma guar fue agregada a la unidad homogeneizadora vía el aparato de embudo. La unidad de homogeinización fue ajustada a las velocidades (rpm) mostrados en la tabla 4. A intervalos de 5 minutos, se recolectaron muestras y la viscosidad de Brookfield de las muestras fue medida utilizando un husillo de baja velocidad de Brookfield (LV) No. 2 @ 60 rpm. Los valores de viscosidad de Brookfield (cps) son indicados en la tabla 4 para velocidades de mezcla de 2400, 3000 y 3600 rpm.

Tabla 4 El ejemplo 3 se llevó a cabo para determinar la cantidad de tiempo requerido para completar de hidratar la goma utilizada en la emulsión de apresto de ASA de la invención. Un máximo en la viscosidad de Brookfield se utiliza como un calibrador para pronosticar el tiempo requerido para obtener la plena hidratación del polvo de goma guar. En base a los resultados de la tabla 4, se cree que una velocidad de cabeza mezcladora de 3600 rpm por 15 minutos debe hidratar suficientemente la goma guar antes de la emulsificación con el apresto de ASA de la invención.

Ejemplo 4 El ejemplo 4 fue llevado a cabo para determinar el efecto de un tensioactivo tendría cuando se utilice con la goma guar como un agente de emulsificación de ASA de acuerdo con las enseñanzas de la invención. Se cree que el uso de un tensioactivo dará como resultado en general un tamaño de partículas más pequeño y proporcionará estabilidad física y química más grande de la emulsión de la invención. El equipo de tamaño piloto del ejemplo 3 fue utilizado en el ejemplo 4. Una solución de aproximadamente 0.4% de goma guar no iónica (J-2204 disponible de Rhone- Poulenc) fue preparada mediante la adición de 760 gramos de goma guar no iónica a 182 litros (48 galones) de agua de la llave que fue luego medida a un tanque de compensación. La unidad homogeneizadora fue ajustada a 3600 rpm y la solución de 0.4% fue mezclada durante 15 minutos. Cuando se desea, un tensioactivo, que consiste de tensioactivo de éster de fosfato (Rhodafac PE-510 de Rhone Poulenc) , en la cantidad de 150 gramos o 2% en base a la cantidad de apresto de ASA, fue agregado para producir varias muestras de prueba. El apresto de ASA neto (7.16 Kg) fue agregado al tanque de compensación vía el aparato de embudo para formar una solución de 4% en base a la cantidad de apresto de ASA en el tanque. Se recolectaron muestras a intervalos de 10 y 20 minutos para un tiempo total de 20 minutos. La estabilidad hidrolítica de las emulsiones de apresto de ASA fue estudiada mediante cromatografía líquida de alto desempeño (HPLC) como se discute anteriormente en la presente. La emulsión de goma guar/apresto de ASA fue utilizada con 100% de materia prima de papel de revestimiento de reciclado para elaborar hojas de prueba vía técnicas estándar. Las hojas de prueba fueron sometidas a una prueba de Cobb (TAPPI métodos de prueba: T441OM90) que es una medida de la capacidad de absorción de agua del papel y cartón. Las unidades para la prueba de Cobb son gramos de agua absorbida por 100 cm2 de hoja de papel o cartón. En general, mientras más bajos son los valores de Cobb, más baja es la capacidad de absorción de agua en la hoja. El procedimiento utilizado en esta prueba fue como sigue: 1. Se prepara la hoja de prueba vía técnicas estándar. 2. Se cura la hoja de pruebas en horno de secado a 100°C durante 5 minutos. 3. Se retira la hoja de prueba del horno y se deja enfriar durante 5 minutos. 4. Se cortan cuadrados de 5.5 x 5.5 pulgadas de hoja de la prueba. 5. Se miden y registran los pesos de los cuadrados . 6. Se asegura el cuadrado al instrumento de pruebas Cobb con el lado de fieltro hacia arriba. 7. Simultáneamente se agregan 150 mi de agua a 50°C al aparato y se inicia el cronómetro. 8. En la marca de 165 segundos, se vierte agua y se mancha moderadamente el cuadrado seco. 9. Se mide y registra el peso del cuadrado. 10. Se resta el valor en la etapa 5 de aquel de la etapa 9 para determinar el grado de absorción de agua. Los valores de Cobb más altos indican mejor desempeño de apresto. Los valores de Cobb menores de 0.6 indican en general un producto de papel aceptable. Los valores de Cobb que fluctúan de entre 0.6 y 0.8 indican en general productos de papel marginalmente aceptables. Los valores de Cobb mayores de 0.8 indican en general un producto de papel inaceptable. La tabla 5 muestra los resultados de las muestras que contienen un tensioactivo y aquellas' que no contienen tensioactivo.

Tabla 5 Tiempo de homogeinización/tensioactivo utilizado en el estudio Como se discute anteriormente en la presente, el SA se hidrolizará de un anhídrido a un ácido cuando se mezcla con agua. Mientras más alto es el porcentaje de anhídrido, más tiempo la emulsión será eficiente y no generará depósitos. El método de HPLC mide esencialmente la estabilidad química de una emulsión con respecto al tiempo. Se aprecia que los datos en la tabla 5 indican que minutos es un tiempo de homogeinización suficiente y que el uso de un tensioactivo puede ser benéfico para la seguridad de la emulsión de goma guar/ASA de la invención, un tensioactivo puede ayudar en el desarrollo de una emulsión de tamaño de partícula fino que puede ser más resistente a la hidrólisis, reduciendo así la formación de depósitos .

Ejemplo 5 El ejemplo 5 fue llevado a cabo para determinar la efectividad de uso de otras gomas naturales en una emulsión de apresto de ASA de la invención en un producto de papel. El equipo piloto del ejemplo 3 fue utilizado para el ejemplo 5 y los experimentos se llevaron a cabo de manera similar a aquella descrita en el ejemplo 3. La proporción del apresto de ASA a la goma natural fue de 10 a 1 para formar una solución de aproximadamente 4% de ASA, en base a la cantidad de apresto de ASA en el tanque. El agua, el apresto de ASA y las gomas naturales que se enlistan en la tabla 6 fueron mezcladas en la unidad de homogeneizador por 20 minutos adicionales a 7500 rpm.

Tabla 6 Se prepararon hojas de prueba con materia prima de forro o revestimiento de reciclado 100% y fueron sometidas a la prueba de Cobb (métodos de prueba TAPPI: T4410M90) como se discuten en el ejemplo 4. A partir de los resultados en la tabla 6, se puede ver que los valores de Cobb son aceptables .

Ejemplo 6 Las tablas 7 y 8 demuestran la efectividad para el desempeño de apresto y drenaje de gomas guar seleccionadas en una formulación de ASA comparada con emulsiones de la técnica previa, tales como aquella de la patente norteamericana No. 4,657, 946 discutida previamente, que comprende un polímero de adición de vinilo catiónico.

Las emulsiones de ASA y las hojas de prueba fueron preparadas de manera similar a aquella discutida del ejemplo 1. La materia prima consiste de 100% de fibra reciclada. Cuando se utiliza, la velocidad de dosificación de ASA fue de 6 #/toneladas y Hydraid 64561, un auxiliar de retención catiónico vendido por ECC, fue utilizado a una velocidad de dosificación de 3.5 #/tonelada de fibra seca. Los tensioactivos fueron esteres de fosfato obtenidos de Rhone- Poulenc. Los tensioactivos consistían de 1.5% de la concentración de ASA en la formulación de emulsión. Las pruebas de Cobb se corrieron como se explica previamente en el ejemplo 4 para determinar el desempeño de apresto. El tamaño de partícula de las gotas de ASA emulsionadas fueron medidas utilizando un aparato Malvern Mastersizer, fabricado por Malvern Instruments. Se llevaron a cabo pruebas de drenaje utilizando un tubo de drenaje de 500 mi que se pone en operación a 0.8% de consistencia.

Tabla 7 Tamaño de partícula de emulsión y desempeño de apresto de Demasiado grande para medirse Tabla 8 Desempeño de drenaje de la materia prima tratada con emulsión de ASA formulada Los productos Jaguar 2204 y 8801 son gomas guar no iónicas. Jaguar 2204 es un goma guar no derivada natural y Jaguar 8801 es goma guar derivada de hidropropilo oxidada. En la tabla 7, es interesante notar que ambas gomas guar no iónicas fueron sorprendentemente efectivas en contraste con la emulsión de la técnica previa que tiende a sugerir que los materiales catiónicos pueden ser requeridos para un desempeño efectivo. Además, como se ve en la tabla 8, las formulaciones emulsificadas de guar de la invención ofrecen una ligera mejora en el drenaje con respecto al control. Se espera que las pruebas de campo reales en varias maquinas de papel que producen cartón a partir de materia prima reciclada que contiene la emulsión de ASA de la invención mostrará un incremento espectacular en el drenaje. En tanto que la presente invención se ha resumido particularmente en términos de modalidades especificas de la misma, se comprenderá en vista de la presente descripción que numerosas variaciones en la invención son ahora permitidas para aquellos experimentados en la técnica, tales variaciones todavía residen en el alcance de la presente enseñanza. Así, la invención será interpretada ampliamente y limitada solo por el alcance y espíritu de las reivindicaciones adjuntas en la presente. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención es que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (33)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un proceso para el apresto de productos de papel, caracterizado porque utiliza una emulsión de apresto de anhídrido alquenil succínico que comprende agua, anhídrido alquenil succínico y una cantidad efectiva de una goma natural.
2. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la goma natural es seleccionada del grupo que consiste de acacia, agar, algina, carragenina, celulosa, damar, dextran, dextrina, lino, gelatina, gelan, guar, jalapa, karaya, kelp, algarroba, olíbano, pectina, psilium, rhamsan, sandarac, tamarindo, tragacanto, welan y xantana, sales y derivados de tales gomas naturales y combinaciones de las mismas.
3. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la goma natural es una goma de galactomanana.
4. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la goma natural incluye gomas no iónicas, catiónicas, aniónicas, amfotéricas, oxidadas, derivadas y gomas naturales modificadas.
5. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el anhídrido alquenil succínico contiene grupos hidrofóbicos que contienen más de 5 átomos de carbono y que pueden ser seleccionados del grupo que consiste de grupos alquilo, alquenilo, aralquilo y aralquenilo.
6. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la goma de galactomanana es seleccionada del grupo que consiste de una goma guar sin derivar y una goma guar derivada.
7. 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la goma de galactomanana en goma guar derivada.
8. 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la goma guar derivada es hidroxipropilo.
9. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la proporción de goma natural a anhídrido alquenil succínico fluctúa de entre 0.01:1 a aproximadamente 100:1.
10. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la proporción de la goma natural al anhídrido alquenil succínico fluctúa de entre aproximadamente 0.1:1 a 20:1.
11. 11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la emulsión comprende además un tensioactivo.
12. 12. Un método para el apresto de papel utilizando una emulsión de apresto de anhídrido alquenil succínico en donde la emulsión es aplicada a la materia prima de papel y en donde la emulsión comprende agua, un anhídrido alquenil succínico y una cantidad efectiva de una goma natural.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la goma natural es seleccionada del grupo que consiste de acacia, agar, algina, carragenina, celulosa, damar, dextran, dextrina, lino, gelatina, gelan, guar, jalapa, karaya, kelp, algarrobo, olíbano, pectina, psilium, rhamsan, sandarac, tamarindo, tragacanto, welan y xantana, sales y derivados de tales gomas naturales y combinaciones de las mismas.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la goma natural es una goma de galactomanana .
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la goma natural incluye gomas no iónicas, catiónicas, aniónicas, amfotéricas, oxidadas, derivadas y gomas naturales modificadas.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el anhídrido alquenil succínico contiene grupos hidrofóbicos que contiene más de 5 átomos de carbono y que pueden ser seleccionados del grupo que consiste de grupos alquilo, alquenilo, aralquilo y aralquenilo.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la goma de galactomanano es seleccionada del grupo que consiste de una goma guar no derivada y una goma guar derivada.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la goma de galactomanana es una goma guar derivada.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la goma guar derivada es hidroxipropilo .
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la proporción de la goma natural al anhídrido alquenil succínico fluctúa de entre 0.01:1 a aproximadamente 100:1.
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la proporción de la goma natural al anhídrido alquenil succínico fluctúa de entre aproximadamente 0.1:1 a 20:1.
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la invención comprende además un tensioactivo.
23. 23. Una mezcla de emulsión de anhídrido alquenil succínico caracterizada porque comprende: (a) aproximadamente 60% a aproximadamente 99% en peso de agua, en base al peso de la mezcla; (b) aproximadamente 0.1% a aproximadamente 20% en peso de un anhídrido alquenil succínico, en base al peso de la mezcla y (c) aproximadamente 0.01% a aproximadamente 20% en peso de una goma natural, en base al peso de la mezcla.
24. 24. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la goma natural es una goma de galactomanana.
25. 25. La emulsión de conformidad con la reivindicación 24, caracterizada porque la goma de galactomanana es seleccionada del grupo que consiste de una goma guar sin derivar y una goma guar derivada.
26. 26. La emulsión de conformidad con la reivindicación 25, caracterizada porque la goma guar de galactomanana es una goma guar derivada.
27. 27. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la goma natural es seleccionada del grupo que consiste de acacia, agar, algina, carragenina, celulosa, damar, dextran, dextrina, lino, gelatina, gelan, guar, jalapa, karaya, kelp, algarroba, olíbano, pectina, psilium, rhamsan, sandarac, tamarindo, tragacanto, welan y xantana, sales y derivados de tales gomas naturales y combinaciones de ias mismas.
28. 28. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la goma natural incluye gomas no iónicas, catiónicas, aniónicas, amfotéricas, oxidadas, derivadas y gomas naturales modificadas.
29. 29. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque el anhídrido alquenil succínico contiene grupos hidrofóbicos que tiene más de 5 átomos de carbono que pueden ser seleccionados del grupo que consiste de grupos alquilo, alquenilo, aralquilo y aralquenilo.
30. 30. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la goma guar derivada es hidroxipropilo.
31. 31. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la proporción de la goma natural al anhídrido alquenil succínico fluctúa de entre 0.01:1 a aproximadamente 100:1.
32. 32. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada porque la proporción de la goma natural al anhídrido alquenil succínico fluctúa de entre aproximadamente 0.1:1 a 20:1.
33. 33. La emulsión de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la emulsión comprende además un tensioactivo.