MXPA00010371A

MXPA00010371A - Lubricante para recubrimiento de papel.

Info

Publication number: MXPA00010371A
Application number: MXPA00010371A
Authority: MX
Inventors: William Floyd
Original assignee: Omnova Solutions Inc
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2003-04-25
Also published as: KR100415957B1; WO1999054549A1; US6162771A; CA2329640C; CA2329640A1; EP1080268A1; ATE313660T1; DE69929046D1; US6103308A; KR20010034525A; EP1080268B1; BR9909758A; JP2002512321A; DE69929046T2

Abstract

Se proporciona una composicion acuosa de recubrimiento para papel y carton que contiene como lubricante un triglicerido de aceite vegetal el cual es hidrofobico y no ionico.

Description

LUBRICANTE PARA RECUBRIMIENTO DE PAPEL Campo del Invento.

• Los lubricantes para recubrimiento de papel son diseñados 5 para proporcionar una aplicación de recubrimiento mejorada por medio de recubridores de reología sobre, cuchillas de aire o tipos de rodillo, los lubricantes son esenciales para proporcionar la liberación de la superficie recubierta de los satinados en un grado brillante. # 10 Antecedentes del Invento Los nuevos métodos de aplicación de los recubrimientos (de películas y recubrimiento de corta duración) y el satinado (brillo por calor y satinado de rasguño suave por calor) han cambiado los parámetros de aplicación del recubrimiento para la utilización del 15 lubricante. Los recubrimiento de película y los recubrimiento de j— „ corta duración están limitados generalmente a formulaciones del 56 al 58% de sólidos debido a los problemas de la reología de bajo y alto corte. En las aplicaciones de recubrimiento de película, es necesaria una liberación mejorada de la película de recubrimiento 20 húmeda del rodillo aplicador, en las velocidades de recubrimiento más altas y para evitar la recolección de patrones de liberación los cuales son conocidos como "piel de naranja" y "manchado".

Los lubricantes para el recubrimiento de papel han sido agrupados en cuatro categorías: (1 ) dispersiones acuosas de jabones metálicos, (por ejemplo el estearato de calcio), (2) emulsiones de cera (parafinas ceras de polietileno microcristalino y oxidados), (3) mezclas de estearato de calcio, un éster graso de licor polietileno, urea y posiblemente polisacáridas, y (4) mezclas de 5 lecitina de soya/ácido oleico. Cada uno de estos productos tiene ventajas para ciertas aplicaciones, pero se ha encontrado que todos ellos tienen carencias en situaciones de alta velocidad o temperatura alta. Adicionalmente estos lubricantes muestran una reología deficiente bajo el corte extremadamente alto experimentado cuando fcjIO las máquinas recubridoras de papel operan en velocidades cercanas o más allá de los 4,500 pies por minuto. También, muchas fabricas de papel requieren que los químicos usados en sus formulaciones se encuentren en la lista de aditivos aprobados, para usarse en los recubrimientos de papel con aplicaciones que están en contacto con 15 alimentos.

Los lubricantes de estearato de calcio, lecitina/ácido oleico y polietileno generalmente aumentan la viscosidad de los recubrimientos a través de las interacciones químicas con el almidón/látex, iones de calcio y otros aditivos, es importante 20 observar que estos productos se ha encontrado que padecen de una degradación térmica cuando son usados en las operaciones de brillo por calor o satinado de rasguño suave por calor. Esta degradación se manifiesta así misma, como "ahumado" o "nebuloso" en la máquina en la proximidad del rodillo caliente.

Descripción detallada del Invento Se ha descubierto que los triglicéridos de aceites vegetal, en particular los aceites vegetales refinados usados para las fritura de alimentos, tales como aceites de cacahuate, maíz, girasol, oliva, cañóla y frijol de soya son útiles como lubricantes para el recubrimiento del papel. Estos triglicéridos están aprobados por la FDA para su aplicación en alimentos y en los recubrimientos de papel. Se encontró que en los recubrimientos de papel ellos no muestran un aumento de la viscosidad, como lo hacen algunos otros lubricantes. Estos aceites generalmente tienen un punto de vaporización de por lo menos de 350° a 425° F, el cual es significativamente más alto que el de varias otras formulaciones de lubricantes . Esto permite que los fabricantes aumenten la cantidad de lubricante presente para la liberación mejorada de la película de recubrimiento y la lubricidad de los recubrimientos secados en los rodillos de satinado por calor. Adicionalmente, las composiciones de recubrimiento que contienen triglicéridos de aceite vegetal como lubricante, no son sensibles al ion de calcio como las formulaciones lubricantes que contienen ácido oleico. El triglicérido de aceite vegetal es hidrofóbico y no iónico y generalmente tiene una composición que contiene por lo menos 90% de triglicéridos, menos del 5% de ácidos grasos libres, y un valor de yodo entre 120 y 150. Preferentemente el aceite vegetal contiene por lo menos el 99.9% de triglicéridos no modificados y menos del 0.05% de ácidos grasos libres. Generalmente el lubricante de recubrimiento de papel contiene por lo menos el 35% de sólidos, preferentemente de 45 a 55% de sólidos. Cuando el lubricante del ß recubrimiento de papel es emulsificado, aproximadamente del 30 al 5 97% de los sólidos, preferentemente del 60 al 90% de la porción de sólidos es triglicérido de aceite vegetal. El triglicérido de aceite es utilizado preferentemente en un lubricante de recubrimiento de papel en una condición emulsificada. Esto se realiza por medio de la emulsificación del triglicérido en agua ^KlO como un derivado de almidón u otro agente de emulsificación no ¡ónico. El derivado de almidón es preferentemente una polisacárida lopofílica. Generalmente del 3 al 70%, preferentemente del 10 al 40% (base de sólidos) de un derivado de almidón es incorporado en la 15 composición del lubricante. Son de particular utilidad para la preparación de dichas emulsiones los derivados del almidón descritos como "almidón lipofílico" el cual es un almidón, preferentemente encerado, el cual ha sido sustituido con un apéndice lipofílico (amante del aceite) el cual puede ser derivado de un 20 anhídrido de succínico alquenilo (ASA) o un dímero de quetona alquilo (AKD) tal como amiogum 20®, Un producto de almidón lipofílico encerado de Cerestar anteriormente American Maize Co. o el National 912, un producto de almidón lipofílico ceroso de National Starch y Chemical Co. Dichos almidones también son aditivos de 25 grado alimenticio. Ellos son compatibles con los aditivos para el recubrimiento de papel, no se retroceden y son reactivos con resinas de almidón insolubilizadoras, las cuales reducirán su sensibilidad al agua cuando el recubrimiento de papel es secado. El almidón npofH.co ofrece vendas sobre lo. surfaCantes convencional en 5 el aspecto de que existen menos rehumedecimiento . del papel recubierto terminado o el producto de cartón, lo que quiere decir el papel terminado es menos sensible al agua con menos migración de tinta y/o agua. Los triglicéridos emulsificados según se utilizan en la ^10 presente invención, son solubles en agua o en soluciones acuosas de formulaciones de recubrimiento tal y como se usan en una prensa de tamaño. Los aceites no emulsificados no son adecuados para este propósito ,ya que no se dispersan en las formulaciones acuosas diluidas y subsecuentemente, "sacan el aceite"; causando manchas, 15 rayado, y problemas de corridos de las tintas. Las emulsiones basadas en almidón de triglicéridos, también son estables a la dilusión de formulaciones acuosas que contienen iones de calcio . Esto soluciona un problema experimentado con los lubricantes basados en ácido oleico o los lubricantes que 20 contienen surfactantes aniónicos, cuando son usados en sistemas de agua dura . La presente invención también mejorará la capacidad de impresión en situaciones en donde es usado el carbonato de calcio como un rellenador o un pigmento en el papel, o el ion de calcio es lavado en el sistema o introducido cuando se vuelve a hacer pulpa el papel (roto) reciclado. En una composición típica de recubrimiento de papel o cartón, A las formulaciones comprenderán agua, pigmento (por ejemplo arcilla, 5 dióxido de titanio, carbonato de calcio), y un enlazador (Por ejemplo almidón, látex), agua y el lubricante. Generalmente la composición de recubrimiento tiene un nivel de sólido de por lo menos el 45%, preferentemente del 50 al 65% y el lubricante es incorporado en un nivel de 0.3 a 2% de la composición. Para aplicaciones de caja de ^10 agua, prensa de tamaño o rociado, los sólidos pueden encontrarse en un rango desde el 0.25% al 50% . Los lubricantes de papel de la presente invención son adecuados para usarse en rodillos de satinado de alta temperatura lo cual alivia un problema de ahumado o nebulosidad vista con otros 15 lubricantes que tienen un punto de vaporización inferior. El lubricante no es sensible al ion de calcio, como lo son los lubricantes que contienen ácidos grasos libres, tales como ácido oleico, y no # contiene arena como los lubricantes que contienen estearato de calcio. El lubricante también puede ser emulsificado a un pH neutral 20 y no requiere de un pH alto, como el estearato de calcio. La composición de recubrimiento que contiene el lubricante también tiene una viscosidad inferior de composición y un reología de alto corte cuando se encuentra en la viscosidad de flujo del recubrimiento la cual es mantenida bajo corte y reduce o elimina la generación de 25 polvo como puede ser experimentado con un lubricante de estearato de calcio. Estas características ofrecen ventajas únicas sobre los lubricantes del arte previo. En el proceso para recubrir papel y cartón, la composición del recubrimiento de papel es aplicada por medio de una variedad 5 de recubridores los cuales difunden de manera uniforme la composición del recubrimiento en una hoja de papel o cartón. Los recubridores comunes incluyen recubridores de brocha, recubridores de rodillo, recubridores de brocha de aire, prensa de tamaño, recubridores de cuchilla, y recubridores de cuchilla de aire. De ^10 una manera ventajosa, el lubricante de la composición de recubrimiento del papel de la presente invención facilita la difusión del recubrimiento por medio del aplicador del mismo. Después del recubrimiento el papel o cartón recubierto es secado. Los métodos de secado convencionales incluyen secado por festón, secado 15 transportador, secado de arco y secado de rueda. Generalmente las temperaturas durante el secado se encuentran en un rango de desde 90° F a 300° F y mayores. El papel o cartón secado es entonces sometido a una operación de acabado por satinado para mejorar la apariencia y la 20 superficie de impresión del papel o cartón recubierto. En el paso de satinado, es en el que la adición del lubricante es crítica para permitir que el papel o cartón recubierto se sostengan en la acción de alisamiento del satinador, mientras que ayudan en la liberación del cartón o papel recubierto del rodillo caliente. En el proceso de 25 supersatinado el papel es sometido a temperaturas altas como generalmente de 150°F a 500° F y presiones altas, generalmente de 1 ,000 a 2,000 libras por pulgada lineal (pli). El lubricante en la composición de recubrimiento de la presente invención es particularmente adecuado para los rodillos de satinado de alta 5 temperatura, por ejemplo temperaturas mayores de 350°F, La cual es significativamente más alta que el punto de vaporización de otros lubricantes ( por ejemplo el lubricante del arte previo de oleato metilo un punto de vaporización en 275°F, y el estearato de calcio tiene un punto de vaporización de 302°F.) Í0 EJEMPLO 1 A un recipiente de dos litros de resina se le agregaron 754 gramos de agua y 103 gramos de Amiogum 20®. Este fue calentado a una temperatura de 90°C durante 30 minutos para 15 solubilizar el almidón. A esta solución de almidón se le agregaron 643 gramos de aceite de frijol soya (con un contenido de triglicéridos del 99.9 +%). Como la, mezcla se separa rápidamente, es necesaria la agitación hasta que esta pueda ser homogeneizada. Se preparó un homogeneizador con 500 libras de presión en una segunda etapa, 20 2.000 libras en la primera etapa para 2,500 libras totales de presión. La homogeneización produjo una emulsión blanca la cual tenía una viscosidad al día siguiente de 260 cps, y el 475% de sólidos. Después del enfriamiento por debajo de 40°C se agregó un biocida. 5 EJEMPLO 2 Se Repitió el procedimiento del ejemplo 1 utilizando aceite de maíz (triglicéridos 99.9+%) en lugar del aceite de frijol de soya con un resultado similar .Sólidos: 49.4%, viscosidad: 590 cps.

EJEMPLO 3 Se repitió el procedimiento del ejemplo 1 con aceite de cacahuate (triglicéridos 99.9+%) en lugar del aceite de frijol de soya con resultados similares. Sólidos 47.0%, viscosidad: 320 cps EJEMPLO 4 Se repitió el procedimiento del ejemplo 1 utilizando aceite de girasol (triglicéridos 99.9+%) en lugar de aceite de frijol soya con resultados similares. Sólidos: 48.4%, viscosidad: 500 cps.

EJEMPLO 5 Se repitió el procedimiento del ejemplo 1 utilizando aceite de oliva (triglicéridos 99.9+%) en lugar de aceite de frijol de soya con resultados similares. Sólidos: 44.3%, viscosidad: 340 cps EJEMPLO 6 Se prepararon una serie de formulaciones de recubrimiento para evaluar el funcionamiento de un aceite liquido vegetal como lubricante comparado con varios productos usados comercialmente.

Las formulaciones del recubrimiento fueron preparadas de la manera siguiente: Ingrediente 1 2 3 4 5 6 7 Arcilla deslaminada 50 50 50 50 50 50 50 Arcilla # 2 50 50 50 50 50 50 50 Látex de butadieno Estireno 8 8 8 8 8 8 8 Almidón hidroxietilado 9 9 9 9 9 9 9 Ester graso — 1 Aceite de cebo Sulfatado 1 Acido oleico sulfatado 1 tío Estearato de calcio 1 Mezcla de lecitina/Ácido oleico 1 Aceite de frijol soya 1 Insolubilizador (reciña Sequarez 755) 0.36 0.36 0.36 36 36 36 36 Bloquiada con glioxal), 15 % de sólidos: 61 61 61 61 61 61 61 Viscocidad brookfield(cps) Inicial 100°F 20rpm, 1000's 5 5.3 9.9 10.3 9.3 8.9 6.5 lOOrpm, 1000's 1.68 1.66 2.82 3.18 2.94 2.52 2.12 4 horas (100°F) - — 20 rpm 1000's 4.8 4.9 10.4 11.4 8.2 8.6 5.7 20 100 rpm. 1000's 1.54 1.52 3.16 3.34 2.68 2.72 1.84 Los datos anteriores muestran que el aceite vegetal de la formulación 7 es un componente compatible con los aditivos 25 comunes de recubrimiento de papel, y produce un recubrimiento con una viscosidad inferior a la de la mayoría de los lubricantes del arte previo utilizados comúnmente. Dicha viscosidad inferior es significativa porque puede permitir que el recubrimiento sea preparado con cantidades mayores de sólidos, los cuales disminuirán 5 la cantidad de agua que debe de ser removida con el objeto de secar la hoja de papel. Estos recubrimientos fueron aplicados a una hoja de papel base de 50 Ib, utilizando un recubridor de cuchilla produciendo un recubrimiento seco con un peso de 7.5 lb./3300 pies cuadrados. Estas hojas fueron sometidas a satinado de hasta 4 O rasguños (algodón a acero), 600 psi y 150°F. La tabla siguiente muestra los datos de pruebas para estas hojas. 15 • 20 25 Propiedad 1 2 3 4 5 6 7 Brillo, hoja, (4 cortes) 76.7 77.1 77.4 77.5 77.5 77.7 77 % retenido = a K&N 89.9 89.1 88.7 88.8 89.1 90 90 Tinta croda 79.9 78.8 76.5 75.5 76.5 74.4 78.2 • Brillo (75° metro) Hoja- 1 corte 29.4 40.51 25.4 37.6 25 26.9 28.6 2 cortes 39 38.1 38 35 36.8 37.4 40.6 3 cortes 43.1 41 38.3 39.4 37.7 40 0 44.3 4 cortes 44.1 44.3 38.3 41.2 39.5 39.5 46.1 Tinta impresa 1 corte 72 76.4 68.4 . 72.5 67.9 66.3 67.9 2 cortes 75 74.3 75.3 73.8 75 72.9 75.3 3 cortes 79.7 76.2 74.7 76.5 76.2 76.1 78.5 k10 4 cortes 78.7 78.6 75.5 77.3 76 74.8 79.5 Recolección de IGT seco (WP) (Aceite MV, 2.5m/s) 79 85 85 85 98 91 91 Coeficiente de fricción 1 corte 0.344 0.325 0.325 0.325 0.306 0.306 0.306 15 2 cortes 0.344 0.325 0.344 0.344 0.306 0.306 0.315 3 cortes 0.344 0.325 0.325 0.325 0.306 0.306 0.306 4 cortes 0.344 0.325 0.306 0.287 0.306 0.306 0.306 • Los datos de funcionamiento anteriores muestran que el aceite 20 de frijol soya en la formulaciones # 7 produce propiedades iguales a o mejores que aquellas mostradas en los lubricantes del arte previo. Las propiedades probadas son aquellas que son más afectadas por el tipo de lubricante. Este desempeño igual o mejor, unido con un punto de vaporización significativamente más alto que 25 el de los lubricantes actuales, y la condición de grado alimenticio producen un aditivo de recubrimiento de papel con una combinación de beneficios inesperados.

EJEMPLO 7 Una muestra de la emulsión preparada en el ejemplo 1 fue diluida en agua desionizada a una concentración del 0.3% y se permitió que permaneciera durante una semana. Esta muestra permaneció dispersada y no produjo "salida de aceite" capas de formas, o acumulaciones en los lados del recipiente. La misma emulsión fue diluida a 0.25% en una solución del 0.5% de nitrato de calcio. También permaneció dispersada por una semana. En contraste con lo anterior, Una emulsión de lecitina/ácido oleico fue diluida a 0.25% en agua desionizada. Esta solución se separó por un día y formó una capa en la superficie. La misma emulsión de lecitina/ácido oleico fue diluida a 0.3% en o.5% en nitrato de calcio. Se separó y formo un residuo aceitoso en los lados del recipiente.

EJ EMPLO 8 Una serie de formulaciones de recubrimientos fueron probadas para evaluar la viscosidad y el desempeño de viscosidad de alto corte del lubricante del ejemplo 1 comparado con el estearato de calcio y un recubrimiento sin lubricante.

Partes de Ingredientes Control Estereato de Lubricante 1 Calcio del Ejemplo Arcilla Deslaminada 40 40 40 Arcilla Calcinada 10 10 10 Arcilla No. 2 50 50 50 Almidón Estilado 4 4 4 Látex de Butadieno Estireno 8 8 8 Isolubilizador (basado en glioxal) .12 .12 .12 Carboximetil Celulosa (CMC) .15 .15 .15 Lubricante del Ejemplo 1 — — 1.25 Estereato de Calcio — 1.25 — Porcentaje de Sólidos 58 58 58 pH (NH404) 8.0 8.0 8.0 Viscosidad Brookfield (cps) Agitador 5 100°F Inicial 20 rpm 1200 1300 1100 100 rpm 375 460 365 4 horas 20 rpm 1375 1575 1210 100 rpm 475 540 412 Corte Alto Hércules 100°F de e-Bob Aparente 4400 rpm Ajuste del Resorte 400,000 Inicial 43.2 33.3 28.0 4 Horas 36.3 32.3 30.6 La medición de viscosidad Brookfield muestra una viscosidad inferior de recubrimiento con el lubricante del ejemplo 1 . La viscosidad inferior mejora la aplicación del recubrimiento ya que es más fácil de aplicar el recubrimiento a la hoja, o la viscosidad inferior puede ser usada para aumentar sólidos proporcionando la remoción de menos agua en el paso de secado.

Las pruebas de viscosidad de alto corte Hércules, prueban la reología de la formulación del recubrimiento como sería experimentada bajo condiciones de alto corte encontradas cuando el recubrimiento es aplicado a una bobina de papel que se mueve • 5 rápidamente. La viscosidad inferior de alto corte del recubrimiento con el lubricante del ejemplo 1 indica que el recubrimiento es aplicado más fácil y uniformemente bajo condiciones de alto corte. •

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S ^^ Habiendo descrito la presente invención, se considera como 5 novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES:

1 . Una composición de recubrimiento acuoso para papel y ^10 cartón la cual comprende agua, pigmento, enlazador y un lubricante, comprendiendo lubricante un triglicérido de aceite vegetal el cual es hidrofóbico y no iónico.

2. La composición tal y como se describe en la 15 Reivindicación 1 caracterizada además por el aceite vegetal es emulsificado.

3. La composición tal y como se describe en la Reivindicación 2 caracterizada además porque el triglicérido es 20 emulsificado en agua con un derivado de almidón lipofílico.

4. La composición tal y como se describe en la Reivindicación 3 caracterizada además porque el triglicérido de aceite vegetal contiene por lo menos el 90% de triglicéridos no 25 modificados y menos del 5% de ácidos grasos libres.

5. La composición tal y como se describe en la Reivindicación 4, caracterizada además porque el triglicérido de g± aceite vegetal es un aceite vegetal que tiene un punto de 5 vaporización de por lo menos 350°F.

6. La composición tal y como se describe en la Reivindicación 5, caracterizada además porque el lubricante tiene un contenido de sólidos de por lo menos el 35%. 0

7. La composición tal y como se describe en la Reivindicación 6, caracterizada además porque el lubricante comprende del 0.03 al 2% de composición de recubrimiento. 15

8. La composición tal y como se describe en la Reivindicación 4, caracterizada además porque el derivado de almidón es una polisacárida lipofílica modificada, encerada. •

9. La composición tal y como se describe en la 20 Reivindicación 4 caracterizada además porque la porción de sólidos del lubricante emulsificado comprende del 30 al 97% de triglicéridos de aceite vegetal y del 3 al 70% de derivado de almidón.

10. La composición tal y como se describe en la 25 Reivindicación 9 caracterizada además porque el triglicérido de aceite vegetal contiene por lo menos el 99.9% de triglicéridos no modificados y menos del 0.05% de ácidos grasos libres.

^ 1 1 . La composición tal y como se describe en la 5 Reivindicación 10 caracterizada además porque el lubricante tiene un contenido de sólidos del 45 al 55%.

12. Un proceso para el recubrimiento de papel y cartón el cual comprende: La aplicación uniforme a una hoja de papel o J^ O cartón de una composición de recubrimiento acuosa que comprende agua, un pigmento, un enlazador y un lubricante, comprendiendo el lubricante un triglicérido de aceite vegetal el cual es hidrofóbico y no iónico; Secado del papel y cartón recubierto; y 15 Satinado del papel o cartón seco.

13. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 12 caracterizada además porque el aceite vegetal es emulsificado. 20

14. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 13 caracterizado además porque el triglicérido es emulsificado en agua con un derivado de almidón lipofílico.

15. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 14 25 caracterizado además porque el triglicérido de aceite vegetal contiene por lo menos el 90% de triglicéridos no modificados y menos el 5% de ácidos grasos libres.

16. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 15 • 5 caracterizado además porque el triglicérido de aceite vegetal es un aceite vegetal que tiene un punto de vaporización de por lo menos 350°F.

17. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 16 - ¡0 caracterizado además porque el lubricante tiene un contenido de sólidos de por lo menos 35%.

18. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 17 caracterizado además porque el lubricante comprende del 0.03 a 2% 15 de la composición de recubrimiento.

19. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 14 caracterizado además porque el derivado de almidón es una polisacárida lipofílica modificada encerada. 20

20. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 15 caracterizado además porque de sólidos del lubricante emulsificado comprende del 30 al 97% del triglicérido de aceite vegetal y del 3 al 70% de derivado de almidón. 25

21 . El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 20 caracterizado además porque el triglicérido de aceite vegetal contiene por lo menos ei 99.9% de triglicéridos no modificados y menos del 0.05% ácidos grasos libres. •

22. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 21 , caracterizado además porque el lubricante tiene un contenido de sólido del 45 al 55%. ¡0 "

23. El proceso tal y como se describe en la Reivindicación 16, caracterizado además porque el satinado se lleva a cabo a una temperatura de por lo menos 350°F. • R E S U M E N Se proporciona una composición acuosa de recubrimiento A para papel y cartón que contiene como lubricante un triglicérido 5 de aceite vegetal el cual es hidrofóbico y no iónico .