MXPA01000864A - Preparacion de nanocompuestos anionicos y su uso como auxiliares del drenaje y la retencion en la fabricacion del papel - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a nanocompuestos aniónicos para su uso como auxiliares en la retención y el drenaje en la fabricación del papel, los cuales son preparados agregando un polielectró1ito aniónico a una solución de silicato de sodio y luego combinando el silicato de sodio y la solución del polielectró1ito con elácido silícico.

Description

PREPARACIÓN DE NANOCOMPUESTOS ANIONICOS Y SU USO COMO AUXILIARES DEL DRENAJE Y LA RETENCIÓN EN LA FABRICACIÓN DEL PAPEL Campo de la Invención Esta invención se refiere en general al campo de la fabricación del papel y, más particularmente, a la preparación de los nanocompuestos aniónicos y a su uso como auxiliares para la retención y el drenaje.

Antecedentes de jla Invención En la fabricación del papel, una suspensión o pasta aguada celulósica, acuosa, es conformada en una hoja de papel. La suspensión es diluida generalmente hasta una consistencia (por ciento del peso seco de los sólidos en la suspensión) de menos de 1%, y frecuentemente abajo del 0.5%, adelante de la máquina fabricante del papel, mientras que la hoja acabada debe tener menos del 6 por ciento en peso de agua. Por consiguiente, los aspectos de desagüe de la fabricación del papel son extremadamente importantes para la eficiencia y el costo de la fabricación. El método de desagüe menos costoso es el drenaje, Ref.126730 y después de esto se utilizan métodos más costosos, incluyendo el prensado al vacio, el prensado y el secado con una capa de fieltro, evaporación y semejantes, y cualquier combinación de tales métodos. A causa de que el drenaje es tanto el primer método de desagüe empleado como el menos costoso, la mejora en la eficiencia del drenaje reducirá la cantidad de agua que se requiere que sea removida por otros métodos y mejorará la eficiencia total del desagüe, por lo cual se reduce el costo del mismo. Otro aspecto de la fabricación del papel que es extremadamente importante con respecto a la eficiencia y el costo de la fabricación es la retención de los componentes de suministro sobre y dentro de la estera de fibra que es formada. La pasta aguada para la fabricación del papel representa un sistema que contiene cantidades significativas de partículas pequeñas estabilizadas por fuerzas coloidales. Un suministro para la fabricación del papel contiene generalmente además de las fibras celulósicas, partículas que varian en tamaño desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 1000 nanómetros, que consisten, por ejemplo, de materiales celulósicos finos, rellenadores minerales (empleados para incrementar la opacidad, la brillantez y otras características del papel) y otras partículas pequeñas que generalmente, sin la inclusión de uno o más auxiliares de la retención, podrían pasar a través de los espacios (poros) entre las fibras celulósicas en la estera de fibra que es formada. La retención más grande de los materiales finos, rellenadores, y otros componentes de la suspensión permite, para un grado dado de papel, una reducción en el contenido de fibra celulósica de tal papel. Cuando las pulpas de calidad inferior son empleadas para reducir los costos de la fabricación del papel, el aspecto de la retención de la fabricación del papel llega a ser aún más importante a causa de que el contenido de los materiales finos de tales pulpas de calidad inferior es generalmente más grande que aquella de las pulpas de calidad más elevada. La retención más grande también reduce la cantidad de tales substancias perdidas con respecto al agua blanca y por consiguiente reduce la cantidad de los desechos del material, el costo del retiro de los desechos y los efectos perjudiciales para el medio ambiente debido a los mismos. Generalmente es deseable reducir la cantidad del material empleado en un proceso de fabricación del papel para un propósito dado, sin disminuir el resultado deseado. Tales reducciones de tipo aditivo pueden realizar tanto ahorros en el costo del material como beneficios de procesamiento. Otra característica importante de un proceso de fabricación del papel dado es la formación de la hoja de papel producida. La formación puede ser determinada por la variación en la transmisión de la luz dentro de una hoja de papel, y una variación elevada es indicativa de una formación pobre. Cuando la retención se incrementa a un nivel elevado, por ejemplo un nivel de retención de 80 o 90%, el parámetro de formación generalmente se reduce. Varios aditivos químicos han sido utilizados en un intento de incrementar la velocidad a la cual se drena el agua de la hoja formada, e incrementa la cantidad de los materiales finos y el rellenador retenido sobre la hoja. El uso de los polímeros solubles en agua de peso molecular elevado fue una mejora significativa en la fabricación del papel. Estos polímeros de peso molecular elevado actúan como floculantes, formando flóculos grandes los cuales se depositan sobre la hoja. Los mismos también ayudan en el desagüe de la hoja. Para que sean efectivos, los programas de drenaje y retención de los polímeros únicos y dobles, convencionales, requieren la incorporación de un componente de peso molecular más elevado como una parte del programa. En estos programas convencionales, el componente de peso molecular elevado es agregado después de un punto de cizallamiento elevado en el sistema de flujo del material en almacenamiento que conduce a la caja de cabeza de la máquina fabricante del papel. Esto es necesario a causa de que los flóculos son formados principalmente por el mecanismo de formación de un puente y su ruptura es ampliamente irreversible y no se vuelve a formar a algún grado significativo. Por esta razón, la mayoría del funcionamiento de la retención y el drenaje de un floculante es perdido agregándolo antes de un punto de cizallamiento elevado. Por otra parte, alimentando polímeros de peso molecular elevado después del punto de cizallamiento elevado, frecuentemente conduce a problemas de formación. Por consiguiente, los requerimientos de la alimentación de los polímeros y copolímeros de peso molecular elevado los cuales proporcionan la retención mejorada, frecuentemente conducen a un compromiso entre la retención y la formación. En consecuencia, las "micropartículas" inorgánicas fueron desarrolladas y agregadas a los programas floculantes de peso molecular elevado para mejorar el funcionamiento. Los programas de polímeros/micropartículas han obtenido éxito comercial reemplazando el uso de los programas de drenaje y retención solamente de polímeros en muchos molinos. Los programas que contienen micropartículas están definidos no solamente por el uso de un componente de micropartículas, sino también frecuentemente por los puntos de adición de las substancias químicas con relación al cizallamiento. En la mayoría de los programas de retención que contienen micropartículas, los polímeros de peso molecular elevado son agregados ya sea antes o después de al menos un punto de cizallamiento elevado. El material microparticulado inorgánico es agregado entonces usualmente a los materiales de suministro después que las materias en almacenamiento han sido floculadas con el componente de peso molecular elevado y sometidas a cizallamiento hasta la ruptura de estos flóculos. La adición de micropartículas vuelve a flocular los materiales de suministro, conduciendo a una retención y drenaje que son al menos tan buenos como aquellos logrados utilizando el componente de peso molecular elevado de la manera convencional (después del cizallamiento), sin un impacto perjudicial sobre la formación. Uno de tales programas empleados para proporcionar una combinación mejorada de retención y desagüe es descrita en las Patentes U.S. Nos. 4,753,710 y 4,913,775, las descripciones de las cuales son incorporadas aquí para referencia. De acuerdo con estas patentes, un polímero catiónico lineal de peso molecular elevado es agregado a la suspensión para la fabricación del papel, celulósica, acuosa, antes de que el cizallamiento sea aplicado a la suspensión, seguido por la adición de bentonita después de la aplicación del cizallamiento. El cizallamiento es provisto generalmente por una o más de las etapas de limpieza, mezclado y bombeo del proceso de fabricación del papel, y el cizallamiento rompe los flóculos grandes formados por el polímero de peso molecular elevado en microflóculos. Además de la aglomeración luego se sigue con la adición de las partículas de arcilla de bentonita. Otros de tales programas de micropartículas están basados en el uso del sílice coloidal como una micropartícula en combinación con la fécula catiónica, tales como aquellos descritos en las Patentes U.S. Nos. 4,338,150 y 4,385,961, las descripciones de las cuales son incorporadas aquí para referencia, o sobre el uso de una combinación de fécula catiónica, floculante, y sol de sílice, tales como aquellas descritas en las Patentes U.S. Nos. 5,098,520 y 5,185,062, las descripciones de las cuales también son incorporadas aquí para referencia. La Patente U.S. No. 4,643,801 describe un método para la preparación de papel utilizando un polímero soluble en agua, aniónico, de peso molecular elevado, un sílice disperso, y una fécula catiónica. Aunque, como se describió anteriormente, la micropartícula es agregada típicamente al material de suministro después del floculante y después de al menos una zona de cizallamiento, el efecto de la micropartícula también puede ser observado si la micropartícula es agregada antes del floculante y la zona de cizallamiento (por ejemplo, en donde la micropartículas es agregada antes del tamiz y el floculante después de la zona de cizallamiento) . En un programa auxiliar de retención y drenaje del polímero/micropartículas, único, un floculante, típicamente un polímero catiónico, es el único material polimérico agregado en compañía de las micropartículas. Otro método para mejorar la floculación de los materiales finos celulósicos, los rellenadores minerales y otros componentes de suministro sobre la estera de la fibra utilizando una micropartícula, es en combinación con un programa polimérico doble el cual utiliza, además de la micropartícula, un sistema coagulante y floculante. En tal sistema un coagulante es agregado primero, por ejemplo un polímero catiónico o fécula catiónica sintética de peso molecular bajo. El coagulante también puede ser un coagulante inorgánico tal como los cloruros de alumbre o polialuminio. Esta adición se puede llevar a cabo en uno o varios puntos dentro del sistema de composición del suministro, incluyendo pero sin estar limitado al material en almacenamiento grueso, el sistema de agua blanca, o el material en almacenamiento delgado de una máquina. Este coagulante generalmente reduce las cargas superficiales negativas presentes sobre las partículas en el material de suministro, particularmente los materiales finos celulósicos y los rellenadores minerales, y por lo cual se efectúa un grado de aglomeración de tales partículas. El tratamiento coagulante es seguido por la adición de un floculante. Tal floculante generalmente es un polímero sintético de peso molecular elevado el cual forma puentes entre las partículas y/o los aglomerados, desde una superficie hasta la otra, uniendo las partículas en aglomerados grandes. La presencia de tales aglomerados grandes en el material de suministro, cuando la estera de fibra de la hoja de papel está siendo formada, incrementa la retención. Los aglomerados son retirados por filtración del agua sobre la red o trama de fibra, mientras que las partículas no aglomeradas podrían pasar, a un grado extenso, a través de tal trama de papel. En tal programa, el orden de adición de las micropartículas y el floculante puede ser invertido exitosamente. La presente invención se aparta de las descripciones de estas patentes en que un nanocompuesto aniónico es utilizado como la micropartícula. Cuando se utilice aquí, el nanocompuesto significa la incorporación de un polielectrólito aniónico en la síntesis de un sílice coloidal. Los nanocompuestos ya son conocidos en otros campos/han sido utilizados en otras aplicaciones, tales como los materiales cerámicos, semiconductores y plásticos reforzados.

Los presente inventores han descubierto recientemente que los nanocompuestos aniónicos proporcionan un funcionamiento mejorado sobre otros programas de micropartículas, y especialmente aquellos que utilizan soles de sílice coloidal como las micropartículas. Los nanocompuestos aniónicos de la invención exhiben un funcionamiento de retención y drenaje mejorado en los sistemas de fabricación del papel.

Breve Descripción de la Invención Los nanocompuestos aniónicos de la presente invención son preparados agregando un polielectrólito aniónico a una solución de silicato de sodio y luego combinando el silicato de sodio y la solución de polielectrólito con el ácido silícico. Los nanocompuestos aniónicos resultantes exhiben un funcionamiento de retención y drenaje mejorado en los sistemas de fabricación del papel.

Descripción Detallada de la Invención La presente invención está dirigida a un método de producción de nanocompuestos aniónicos para su uso como auxiliares del drenaje y la retención en la fabricación del papel. De acuerdo con esta invención, un polielectrólito aniónico es agregado a una solución de silicato de sodio y el silicato de sodio y la solución de polielectrólito es combinada entonces con el ácido silícico. Los polielectrólitos aniónicos los cuales pueden ser utilizados en la práctica de esta invención incluyen los polisulfonatos, los poliacrilatos y los polifosfonatos. El polielectrólito aniónico preferido es el condensado de naftalen sulfonato formaldehído (NSF) . Se prefiere que el polielectrólito aniónico tenga un peso molecular en el intervalo de aproximadamente 500 hasta aproximadamente 1,000,000. Más preferentemente, el peso molecular del polielectrólito aniónico debe ser desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 300,000, con aproximadamente 500 hasta aproximadamente 120,000 que es más preferido. También se prefiere que el polielectrólito aniónico tenga una densidad de la carga en el intervalo de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 13 miliequivalentes/gramo y, más preferentemente, en el intervalo de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5 miliequivalentes/gramo. El polielectrólito aniónico es agregado a una solución de silicato de sodio en una cantidad desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15 % en peso con base en la concentración de sílice final total.

La solución de silicato de sodio que contiene el- polielectrólito aniónico es combinada entonces con el ácido silícico. Esto se puede hacer bombeando el ácido silícico en la solución de polielectrólito/silicato de sodio durante aproximadamente 0.5 hasta 2.0 horas y manteniendo la temperatura de la reacción a aproximadamente 30 °C. Preferentemente, la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15%. El ácido silícico es preparado preferentemente poniendo en contacto una solución de silicato de metal alcalino diluido con una resina de intercambio catiónico comercial, preferentemente una así llamada "resina acida fuerte" en la forma del hidrógeno y recuperando una solución diluida del ácido silícico. En lugar de agregar ácido silícico a una solución de silicato de sodio que contiene un polielectrólito para producir un nanocompuesto, se puede utilizar un procedimiento alternativo. Este procedimiento alternativo involucra la adición de una solución de silicato de sodio, que contiene también un polielectrólito aniónico (o los dos pueden ser agregados separadamente), a una resina de intercambio iónico de ácido débil en la forma del hidrógeno (o neutralizada parcialmente con el hidróxido de sodio) para generar el nanocompuesto directamente sin la necesidad de un paso de concentración adicional ya sea por ultrafiltración o evaporación. En este caso, el ácido silícico es generado in situ en lugar de ser preformado como en las síntesis previas. El pH inicial, después de agregar la solución del polielectrólito/silicato de sodio a la resina, está en el intervalo de aproximadamente 10.8 hasta 11.3 y se reduce con el transcurso del tiempo. Los productos con 12% de sólidos y buenas características de funcionamiento pueden ser colectados en un intervalo de pH de aproximadamente 9.5 hasta 10.0. En este caso, la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es preferentemente de manera aproximada de 0.5 hasta aproximadamente 10%. Los nanocompuestos aniónicos resultantes pueden tener un tamaño de partícula sobre un intervalo amplio, es decir, desde aproximadamente 1 nanómetro (nm) hasta aproximadamente 1 miera (1000 nm) , y preferentemente desde aproximadamente 1 nm hasta aproximadamente 500 nm. El área superficial del nanocompuesto aniónico también puede variar sobre un intervalo amplio. El área superficial debe estar en el intervalo de aproximadamente 15 hasta aproximadamente 3000 m2/g y preferentemente desde aproximadamente 50 hasta aproximadamente 3000 m2/g. La presente invención está dirigida adicionalmente a un método para incrementar la retención y el drenaje en la fabricación del papel, el cual comprende ¿¿8 sg«te-^' formar una pasta aguada para la fabricación del papel, celulósica, acuosa, agregando un polímero y un nanocompuesto aniónico a la pasta aguada, drenando la pasta aguada para formar una hoja y luego secando la hoja. Una pasta aguada para la fabricación del papel, celulósica, acuosa, es formada primero por cualquier medio convencional conocido generalmente por aquellos expertos en la técnica. Un polímero es agregado a continuación a la suspensión. Los polímeros los cuales pueden ser agregados a la pasta aguada incluyen floculantes catiónicos, aniónicos, no iónicos y anfotéricos. Estos floculantes de peso molecular elevado pueden ya sea ser completamente solubles en la pasta aguada para la fabricación del papel o pueden ser dispersables fácilmente. Los floculantes pueden tener una estructura ramificada o reticulada, siempre que los mismos no formen "ojos de pescado" objetables, es decir, globos de polímero no disuelto sobre el papel acabado. Los floculantes están disponibles fácilmente de una variedad de fuentes comerciales como sólidos secos, soluciones acuosas, emulsiones de agua en aceite y dispersiones del polímero soluble o dispersable en agua en las soluciones de salmuera acuosas. La forma del floculante de peso molecular elevado utilizado aquí no se considera que sea crítico siempre que el polímero sea soluble o dispersable en la suspensión. La dosificación del floculante debe estar en el intervalo desde aproximadamente 0.005 hasta aproximadamente 0.2 por ciento en peso con base en el peso seco de la fibra en la pasta aguada. Un nanocompuesto aniónico también es agregado a la pasta aguada para la fabricación del papel. El nanocompuesto aniónico puede ser agregado ya sea antes, simultáneamente con o después de la adición del floculante. El punto de adición depende del tipo del material de suministro del papel, por ejemplo, kraft, mecánica, etc., así como de la cantidad de los otros aditivos químicos en el sistema, tales como la fécula, el alumbre, los coagulantes, etc. El nanocompuesto aniónico es preparado de acuerdo con el procedimiento descrito anteriormente. La cantidad del nanocompuesto aniónico agregado a la suspensión es preferentemente desde aproximadamente 0.0025% hasta aproximadamente 1% en peso con base en el peso de la fibra seca en la suspensión, y más preferentemente desde aproximadamente 0.0025% hasta aproximadamente 0.1%. La pasta aguada para la fabricación del papel, celulósica, es drenada a continuación para que se conforme en forma de hoja y luego se seque. Los pasos de drenaje y secado pueden ser llevados a cabo de una manera convencional conocida generalmente por aquellos expertos en la técnica .

Otros aditivos pueden ser cargados a la pasta aguada como auxiliares para los nanocompuestos aniónicos, aunque se debe enfatizar que el nanocompuesto aniónico no requiere ningún auxiliar para la actividad de retención y de drenaje efectivas. Tales otros aditivos incluyen, por ejemplo, fécula catiónicas o anfotéricas, coagulantes convencionales tales como el alumbre, el cloruro de polialuminio y los polímeros orgánicos catiónicos de peso molecular bajo, los agentes de dimensionamiento tales como la colofonia, el dímero de alquil ceteno y el anhídrido alquenil succínico, los agentes de control de la deposición del alquitrán y biocidas. La pasta aguada para la fabricación del papel, celulósica, también puede contener pigmentos y/o rellenadores, tales como el dióxido de titanio, el carbonato de calcio precipitado y/o molido, u otros rellenadores minerales u orgánicos. La presente invención es aplicable a todos los grados y tipos de productos de papel incluyendo el papel fino, el cartón y el papel periódico, así como todos los tipos de pulpas que incluyen, las pulpas químicas, las pulpas termoquímicas, las pulpas mecánicas y las pulpas del aserrín. Los presentes inventores han descubierto que los nanocompuestos aniónicos de esta invención exhiben un funcionamiento de retención y drenaje mejorado, y que los *. *&» mismos mejoran el funcionamiento de los floculantes poliméricos en los sistemas de fabricación del papel.

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos están propuestos para que sean ilustrativos de la presente invención y para que enseñen a una persona de experiencia ordinaria en la técnica como hacer y utilizar la invención. Estos ejemplos no están propuestos para limitar la invención o su protección de ninguna manera. Los nanocompuestos aniónicos en los Ejemplos 1-14 mostrados en la Tabla 1 posterior fueron preparados utilizando el siguiente procedimiento general y haciendo variar las cantidades relativas de los reactivos. El ácido silícico fue preparado siguiendo la enseñanza general de la Patente U.S. No. 2,574,902. Un silicato de sodio disponible comercialmente comercializado por OxyChem, Dallas, Texas, que tiene un contenido de dióxido de silicio de aproximadamente 29% en peso y un contenido de óxido de sodio de aproximadamente 9% en peso, se diluyó con agua desionizada hasta una concentración de dióxido de silicio de 8-9% en peso. Una resina de intercambio catiónico tal como Dowex HGR-W2H o Monosphere 650C, ambas disponibles de Dow Chemical Company, Midland, Michigan, se regeneró a la forma H por medio deJ tratamiento con ácidos minerales siguiendo procedimientos! bien establecidos. La resina fue enjuagada a continuaciór de la regeneración con agua desionizada para asegurar la remoción completa del agente de regeneración en exceso. La solución de silicato diluida se hizo pasar entonces a través de una columna de la resina lavada regenerada. El ácido silícico resultante fue colectado. Simultáneamente, una cantidad apropiada del silicato de sodio, agua desionizada y un polielectrólito aniónico, fue combinada para formar un "residuo" para la reacción. Para propósitos de comparación, el polielectrólito aniónico fue omitido en algunos casos de este "residuo". Los siguientes polielectrólitos fueron utilizados en la preparación de los nanocompuestos aniónicos: 1. Condensado de formaldehído de la (sal de sodio) del ácido naftalen sulfónico (NSF) - Este polímero es suministrado comercialmente por varias compañías químicas incluyendo Rohn & Haas, Hampshire Chemical Corp. y Borden & Remington Corp. El polímero tiene una distribución de peso molecular muy amplia la cual incluye los dímeros, trímeros, tetrámeros, etc., los oligómeros y, dependiendo de la fuente, tiene un peso molecular promedio ponderado de 8,000 - 35,000. Las viscosidades intrínsecas medidas (IV's) varían desde 0.036 hasta 0.057 dl/g y la carga aniónica es de 4.1 meq/g. 2. Copolímero de 8677Plus (B5S189B) - Poli(co- acrilamida/ácido acrílico) (AcAm/AA 1/99 % en mol) . La viscosidad intrínseca (IV) es 1.2 dl/g correspondiente a un peso molecular de 250,000 daltons. El polímero, cuando es neutralizado completamente, tiene una carga de 13.74 meq/g. 3. El ácido poli (acrilamidometilpropan sulfónico, sal de sodio), (poliAMPS) - Este homopolímero tiene una IV de 0.51 dl/g y una carga aniónica de 4.35 meq/g. 4. Poli (co-acrilamida/AMPS, sal de sodio) 50/50 % en mol - Este copolímero tiene una IV de 0.80 dl/g y una carga aniónica de 33.3 meq/g. El ácido silícico preparado recientemente fue agregado entonces al "residuo" con agitación a 30 °C. La agitación se continuó durante 60 minutos después de la adición completa del ácido silícico. El nanocompuesto aniónico resultante puede ser utilizado inmediatamente, o almacenado para uso posterior. Después de la preparación del nanocompuesto aniónico, frecuentemente es ventajoso concentrar el producto hasta un nivel de sílice más elevado. En la presente invención, esto se hizo utilizando una membrana de ultrafiltración semipermeable la cual permitió que el agua y los electrólitos de peso molecular bajo pasen a través de la membrana pero retengan el sílice coloidal y el polímero de peso molecular más elevado. En consecuencia, los compuestos hechos a concentraciones de sílice de 5-7 % en peso podrían ser concentradas a 10 - 14 % en peso (o más elevado) de sílice. En los Ejemplos 15 y 16, el procedimiento de síntesis alternativo fue empleado y un paso de concentración adicional no fue requerido.

Tabla I Nanocompuestos Aniónicos Ejemplo Polielec- Sílice/ Sílice PE/sílice Área Super. Valor de Tamaño Prom. trólito Na20 % peso peso/peso m2/gramo (PE) 1 1 17.2 7.1 0.077 2 1 17.2 7.1 0.0385 3 ninguno 17.2 7.1 na 4 1 17.2 10 0.065 4a 1 17.2 12 0.06 5 ninguno 17.2 14. 1 na 6 1 17.6 12 0.06 776 23.2 7 1 1 177..66 1 111 0 0..007722 7 79900 38.1 20.5 ~-*i , «gfe- JB.- Tabla 1 (cont . 8 1 19.7 12 0.061 29.7 9 1 22 12 0.066 18 . 1 9a 1 22 11 0.066 26 10 3 17.2 12 0.078 11 4 17.2 12 0.078 12 2 17.6 5.7 0.0264 13 2 17.6 5.7 0.0519 14 ninguno 17.6 5.7 na 15 1 na 12.3 0.035 970 24.0 25.1 16 1 na 12.1 0.035 943 28 .2 19.5 Preparación de los Materiales de Suministro Estándares Sintéticos Materiales de Suministro Alcalinos - El material de suministro alcalino tiene un pH de 8.1 y está compuesto de 70 por ciento en peso de la fibra celulósica y 30 % en peso del rellenador diluido a una consistencia total de 0.5 % en peso utilizando el agua de la formulación sintética. La fibra celulósica consiste de 60% en peso de pulpa kraft de madera dura blanqueada y 40 % en peso de pulpa kraft de madera blanda blanqueada. Estas son preparadas a partir del material extendido a martillo, plegado, seco, separadamente a un valor de Libertad del Estándar Canadiense (CSF) que varía desde 340 hasta 380 CSF. El rellenador fue un carbonato de calcio molido comercial provisto en la forma seca. El agua de la formulación contuvo 200 ppm de dureza de calcio (agregado como CaCl2), 152 ppm de dureza de magnesio (agregada como MgS04), y 110 ppm de alcalinidad de bicarbonato (agregado como NaHC03) .

Materiales Ácidos de Suministro. Los materiales ácidos de suministro consistieron de la misma relación en peso de madera suave/madera dura kraft, blanqueada, es decir, 60/40. Los sólidos totales del material de suministro comprendieron 92.5% en peso de la fibra celulósica en peso y 7.5% en peso del rellenador. El rellenador tiene una combinación de 2.5% en peso de dióxido de titanio y 5.0 por ciento en peso de arcilla de caolín. Otros aditivos incluyeron el alumbre dosificado a 9.08 kg (20 libras) activas por tonelada de sólidos secos. El pH del material de suministro se ajustó con 50 % de ácido sulfúrico de tal modo que el pH del material de suministro fue de 4.8 después de la adición del alumbre.

Prueba de la Jarra de Britt La Prueba de la Jarra de Britt utilizó una Jarra de Drenaje Dinámico Britt CF desarrollada por K. W. Britt de New York University, la cual consistió generalmente de una cámara superior de aproximadamente 1 litro de capacidad y una cámara de drenaje inferior, las cámaras están separadas por una pantalla o tamiz de soporte y una pantalla o tamiz de drenaje. Abajo de la cámara de drenaje está un tubo flexible que se extiende hacia abajo, equipado con una tenaza para cierre. La cámara superior está provista con un propulsor de 3 hojas, de 5.08 cm (2 pulgadas) para crear condiciones de cizallamiento controladas en la cámara superior. La prueba se hizo siguiendo la siguiente secuencia: A.^, -J. . JS * ¿S-jf&fc TABLA 2 Material de Suministro Alcalino Protocolo de Prueba TABLA 3 Material de Suministro Acido Protocolo de Prueba En todos los casos anteriores, la fécula utilizada fue Solvitose N, una fécula de papa catiónica, disponible comercialmente de Nalco Chemical Company. En el caso del material de suministro alcalino, la fécula catiónica fue introducida a 4.540 kg (10 libras) /tonelada de peso seco de los sólidos de suministro o 0.50 partes en «i -ßrn. . Jifa peso por cien partes de los sólidos del material en almacenamiento seco, mientras que el floculante fue¡ agregado a 2.72 kg (6 libras) del producto/tonelada de peso seco de los sólidos de suministro o 0.30 partes en peso por cien partes de los sólidos del material en almacenamiento seco. En el caso de los materiales de suministro ácidos, las dosificaciones aditivas fueron: 9.08 kg (20 libras) /tonelada de peso seco de los sólidos de suministre del alumbre activo (es decir, 1.00 partes en peso por cien partes de los sólidos del material en almacenamiento seco) , 4.54 kg (10 libras) /ton de peso seco de los sólidos de suministro o 0.50 partes en peso por cien partes de los sólidos del material en almacenamiento seco de la fécula catiónica, y el floculante fue agregado a 15.24 kg (6 libras) /ton de peso seco de los sólidos de suministro o 0.30 partes en peso por cien partes de los sólidos del material en almacenamiento seco. El material así drenado de la Jarra de Britt (el "filtrado") se colectó y se diluyó con agua para proporcionar una turbidez la cual podría ser medida convenientemente. La turbidez de tal filtrado diluido, medida en Unidades de Turbidez Nefelométricas o NTUs, fue determinada entonces. La turbidez de tal filtrado es inversamente proporcional al funcionamiento de la retención en la fabricación del papel, es decir, mientras más bajo sea el valor de la turbidez, más elevada es la retención del rellenador y/o los materiales finos. Los valores de la turbidez fueron determinados utilizando un Turbidímetro Hach. En algunos casos, en lugar de medir lai turbidez, el % de Transmitancia (%T) de la muestra fue determinado utilizando un Fotómetro DigiDisc. La transmitancia es directamente proporcional al funcionamiento de la retención en la fabricación del papel, es decir, mientras más elevado sea el valor de la transmitancia, más elevado será el valor de la retención. La retención de la Ceniza a la Primera Pasada (FPAR) es una medida del grado de incorporación del rellenador en la hoja formada. La misma se calcula de las consistencias del rellenador en la pasta aguada para la fabricación del papel inicial o los Crs del material de suministro de la Jarra de Britt y la consistencia del rellenador en el agua blanca o el filtrado de la Jarra de Britt Cfww resultante durante la formación de la hoja: FPAR = ((CFfs - Cf„„)/Cfs) 100% Exploración por Microscopía con Rayo Láser La Exploración por Microscopía con Rayo Láser (SLM) empleada en los siguientes ejemplos es descrita en la Patente U.S. No. 4,871,251 y consiste generalmente de una fuente de rayos láser, dispositivos ópticos para » «a-feh ? i j-~ ~r ¿ui fr jffifeá,I B-tl -.* suministrar la luz incidente a, y recuperar la luz dispersada, del material de suministro, un fotodiodo, y elementos físicos para el análisis de la señal. Los instrumentos comerciales están disponibles de Lasentec®, Redmond, Washington. El experimento consiste de tomar 300 ml de la pasta aguada que contiene la fibra de celulosa y colocarlos en un vaso de laboratorio para el mezclado apropiado. El cizallamiento es provisto al material de suministro por medio de un motor de velocidad variable y un propulsor. El propulsor es fijado a una distancia fija desde la ventana de la sonda para asegurar el movimiento de la pasta aguada a través de la ventana. Una secuencia de dosificación típica en mostrada en seguida.

Tabla 4 Exploración por Microscopía con Rayo Láser Protocolo de Prueba El cambio en la longitud de la cuerda media de los flóculos presentes en el material de suministro se refiere al funcionamiento de la retención en la fabricación del papel, es decir, mientras más grande es el cambio inducido por el tratamiento, más elevado es el valor de la retención. La longitud de la cuerda promedio es proporcional al tamaño del floculo el cual es formado y su velocidad de decaimiento está relacionada con la resistencia del floculo. En la totalidad de los casos descritos aquí, el floculante fue una poliacrilamida catiónica al 10 % en mol dosificada a una concentración de 0.798 kg (1.56 libras) /tonelada (material de suministro secado en el horno) .

Medición del Área Superficial El área superficial reportada aquí es obtenida midiendo la adsorción de la base sobre la superficie de las partículas del sol. El método es descrito por Sears en Analytical Chemistry, 28(12), 1981-1983 (1956). Como se indicó por Iler ("The Chemistry of Silica", John Wiley & Sons, 1979, 353), la misma es el "valor para comparar las áreas superficiales relativas de los tamaños de partícula en un sistema dado el cual puede ser estandarizado".

Hablando de manera simple, el método involucra la titulación o concentración de los grupos de silanol de la superficie con una solución estándar del hidróxido de sodio, de una cantidad conocida de sílice (es decir, gramos), en una solución de cloruro de sodio saturada. El volumen resultante de la titulación o concentración es convertido al área superficial.

Determinación del valor de S Otra característica de los coloides en general es la cantidad de espacio ocupada por la fase dispersada. Un método para determinar esto fue desarrollado primero por R. Iler y R. Dalton y reportado en J. Phys. Chem., 60 (1956), 955-957. En los sistemas de sílice coloidal, los mismos mostraron que el valor de S se refiere al grado de agregación formado dentro del producto. Un valor de S inferior indicó que un volumen más grande es ocupado por el mismo peso del sílice coloidal.

Medición del Tamaño de Partícula de DLS La Dispersión de la Luz Dinámica (DLS) o la Espectroscopia de Correlación de Fotones (PCS) ha sido utilizada para medir el tamaño de partícula en el intervalo de los submicrones desde hace tanto como 1984. Un tratamiento inicial del sujeto es encontrado en "Modern Methods of Particle Size Analysis", Wiley, New York, 1984. El método consiste de filtrar un volumen pequeño de la muestra a través de un filtro de membrana de 0.45 mieras para remover la contaminación dispersa tal como el polvo o la suciedad. La muestra es colocada entonces en una cuba la cual a su vez es colocada en la ruta de un rayo láser ¡-«-ate», .^>gí»fc-enfocado. La luz dispersada es colectada a 90° con respecto al haz de luz incidente y analizada para dar el tamaño de partícula apropiado. El presente trabajo utilizó una unidad Coulter® N4, disponible comercialmente de Coulter Corporation de Miami, FL.

Ejemplo 1 El ácido silícico, la preparación del cual fue descrita anteriormente (como sílice al 6.55 %), en la cantidad de 130.1 gramos, fue agregado a un "residuo" de 18.81 gramos de una solución acuosa que contiene silicato de sodio, 10.90 % en peso como Si02, y un polímero condensado de naftalen sulfonato de sodio formaldehído (NSF) a 4.35 % en peso. Esta adición fue llevada a cabo durante un período de media hora a 30 + 0.5 °C mientras que se agita constantemente la mezcla de la reacción. La solución del producto final contuvo un material de sílice coloidal como 7.1 % en peso de Si02 y el polímero de NSF a 0.549 % en peso. La relación de Si02/Na20 fue de 17.2 y la de NSF/Si02 fue de 0.077.

Ejemplo 2 El procedimiento del Ejemplo 1 fue seguido, excepto en este caso que el "residuo" contuvo 2.175 % en peso del polímero de NSF. En este caso, la relación de NSF/Si02 fue de 0.0385.

Ejemplo 3 El procedimiento del Ejemplo 1 fue seguido excepto en este caso que el "residuo" no contuvo ningún polímero de NSF. Esta muestra fue utilizada como una reacción de "blanco" para comparar el efecto del polímero de NSF. Los nanocompuestos aniónicos de los Ejemplos 1-3 fueron comparados con un sílice coloidal comercial estándar, Nalco® 8671, como se vendió por Nalco Chemical Company, midiendo las retenciones de la Jarra de Drenaje Dinámico de Britt (DDJ) . La actividad fue determinada por el nivel de la turbidez del filtrado desde el DDJ y estos resultados son mostrados abajo en la Tabla 5. Como se ilustró en la Tabla 5, a una dosificación de 0.227 kg (0.5 libras) /tonelada de sílice, los nanocompuestos fueron más efectivos que el sílice comercial en 130, 68 y 0 por ciento para los Ejemplos 1, 2 y 3, respectivamente. De manera semejante, a 0.454 kg (1 libra) /tonelada de sílice, las mejoras respectivas fueron de 69, 54 y 22 por ciento.

También, los Ejemplos 1 y 2 fueron más efectivos a 0.454 kg (1 libra) /tonelada que el producto comercial lo fue a 0.908 kg (2 libras) /tonelada. Por consiguiente, los productos preparados que contienen un polielectrólito (Ejemplos 1 y 2) demostraron mejoras más grandes sobre el producto que no contuvo un polielectrólito (Ejemplo 3) . Además, se puede observar que el nanocompuesto del Ejemplo 1, el cual contuvo una cantidad más elevada del polielectrólito, fue más eficiente que el nanocompuesto del Ejemplo 2.

O Tabla 5 Ejemplo 4 Se siguió el procedimiento del Ejemplo 1 excepto en este caso que el producto que reaccionó se concentro hasta 10 y 12.0 % en peso de Si02 utilizando una membrancí de ultrafiltración en un montaje de celda agitada. La membrana empleada tuvo un corte de peso molecular de 100,000 (Amicon Y-100) . Como resultado de este intervalo d€' corte existió una pérdida de 23.1 % en peso del polímero de NSF a través de la membrana y la relación de NSF/Si02 final fue de 0.065 hasta 10 % en peso de sílice y 0.060 hasta 12 % en peso de sílice.

Ejemplo 5 El procedimiento del Ejemplo 3 fue seguido excepto en este caso que el producto que reaccionó se concentró a 14.1 % en peso de Si02 utilizando una membrana de ultrafiltración en un montaje de celda agitada. La memebrana empleada tuvo un corte de peso molecular de 100,000 (Amicon Y-100) . Los productos de los Ejemplos 4 y 5 fueron comparados con un sílice coloidal comercial estándar, Nalco® 8671, midiendo las retenciones de DDJ. La actividad fue determinada por el nivel de turbidez del filtrado desde el DDJ y los resultados son mostrados posteriormente en lei Tabla 6. La determinación de la ceniza del carbonato de> calcio en el filtrado y el suministro de DDJ también permitió que un valor de retención de la ceniza en la primera pasada (FPAR) sea calculado. Estos datos son proporcionales a los valores de turbidez y son mostrados en la Tabla 7.

Tabla 6 00 Tabla 7 Ejemplo 6 El procedimiento del Ejemplo 1 fue seguido con el ácido silícico en la cantidad de 1621 gramos agregada a 229 gramos de una solución acuosa que contiene silicato de sodio, 10.89 % en peso como Si02, y un polímero del condensado de formaldehído naftalen sulfonato de sodio (NSF) a 4.46 % en peso. Esta condición fue llevada a cabo durante un período de una hora a 30 + 0.5 °C. La solución del producto final contuvo un material de sílice coloidal como 7.1 % en peso de Si02 del polímero de NSF a 0.557 % en peso. La relación del Si02/Na20 fue de 17.6 y de NSF/Si02 fue de 0.0785. El producto que reaccionó anteriormente fue concentrado entonces hasta 12.0 % en peso de Si02 utilizando una membrana de ultrafiltración en un montaje de celda agitada. La membrana empleada tuvo un corte de peso molecular de 100,000 (Amicon Y-100) . Como un resultado de este intervalo de corte existió una pérdida del 23.1 % en peso del polímero de NSF a través de la membrana y la relación de NSF/Si02 final fue de 0.06. El producto tanto previo a como después de la ultrafiltración estuvo caracterizado con respecto al área superficial porque emplea el procedimiento de titulación o concentración de G.W. Sears, Analytical Chemistry, 28, (1956), p. 1981. Las áreas obtenidas fueron de 822 y 776 m2/g, respectivamente. El producto del Ejemplo 6 fue comparado con un sílice coloidal comercial estándar, Nalco ®8681, midiendo las retenciones de DDJ. La actividad fue determinada por el nivel de turbidez del filtrado a partir del DDJ y los resultados son mostrados en seguida en la Tabla 8. wft* Tabla 8 Ejemplo 7 En una preparación más grande, similar al Ejemplo 6 anterior, 1491.39 kg (3285 libras) del ácido silícico (5.91 %) fueron agregados a 190.49 kg (419.6 libras) de una solución acuosa que contiene el silicato de sodio, 10.89 % como Si02, y un polímero de NSF a 4.49 % en peso. La solución del producto final contuvo un material de sílice coloidal como 6.47 % en peso de Si02 y el polímero de NSF al 0.508 % en peso. La relación de Si02/Na20 fue de 17.6 y la de NSF/Si02 fue de 0.0785. El producto que se hizo reaccionar anteriormente se concentró entonces hasta 11.0 % en peso utilizando una membrana de ultrafiltración en un montaje de flujo del tubo. La membrana empleada tuvo un corte de peso molecular de 10,000. Como resultado de este intervalo de corte, existió una pérdida de 6.5 % en peso del polímero de NSF a través de la membrana y la relación de NSF/Si02 final fue de 0.072.

Ejemplo 8 En este caso, la relación del ácido silícico con respecto al silicato de sodio se incrementó para dar una relación de Si02/Na20 de 19.7. El ácido silícico (6.59 % en .•gjñt ^¿&at peso cor,. i02) en , cantidad de 1509 gx,mos fue agregado a 169.4 gramos de una solución acuosa que contiene el silicato de sodio, 12.04 % en peso como Si02, y un polímero de NSF a 4.60 % en peso. Esta adición fue llevada a cabo durante un período de una hora a 30 + 0.5 °C mientras que se agita constantemente la mezcla de la reacción. La solución del producto final contuvo un material de sílice coloidal como 7.14 % en peso de Si02 y el polímero de NSF a 0.465 % en peso. La relación de Si02/Na20 fue de 19.7 y la de NSF/Si02 fue de 0.065. El producto que reaccionó anteriormente fue concentrado entonces hasta 12.0 % en peso de Si02 utilizando una membrana de ultrafiltración en un montaje de celda agitada. La membrana empleada tuvo un corte de peso molecular de 10,000. Como resultado de esta intervalo de corte existió una pérdida del 7.2 % en peso del polímero de NSF a través de la membrana y la relación de NSF/Si02 final fue de 0.061.

Ejemplo 9 En este caso, un incremento adicional en la relación de Si02/Na20 se hizo a 22.0. El ácido silícico (6.55 % en peso como Si02) en la cantidad de 1546 gramos fue agregada a 135.7 gramos de una solución acuosa que jíaafe^fei^teBM&^afafcB^^iagfAeM^^-g^ » ^^^^^^^ ?& contiene el silicato de sodio, 13.4 % en peso como Si02, y un polímero de NSF a 5.77 % en peso. Esta adición se llevó a cabo durante un período de una hora a 30 + 0.5 °C mientras que se agita constantemente la mezcla de la reacción. La solución del producto final contuvo un material de sílice coloidal como 7.10 % en peso de Si02 y el polímero de NSF a 0.465 % en peso. La relación de Si02/Na20 fue de 22.0 y la de NSF/Si02 fue de 0.0655. El producto que reaccionó anteriormente se concentró entonces tanto a 11.0 como 12.0 % en peso de Si02 utilizando una membrana de ultrafiltración en un montaje de celda agitada. La membrana empleada tuvo un corte de peso molecular de 10,000. Como un resultado de este intervalo de corte, existió una pérdida del 7.2 % en peso del polímero de NSF a través de la membrana y la relación de NSF/Si02 fue de 0.066 en ambos casos. -iJWi ^fe» .-Siiafcs*fc.)^5 Tabla 9 Resultados de SLM Materiales Ácidos de Suministro Los datos en la Tabla 9 fueron obtenidos midiendo el incremento del tamaño del floculo relativo (longitud de la cuerda promedio, MCL) durante la adición de los nanocompuestos de cada uno de los ejemplos después de la adición de un floculante catiónico. En el experimento, un período de tiempo suficiente (45 segundos hasta dos minutos) fue permitido para que el floculo formado por el polímero catiónico sea degradado debido a la acción de cizallamiento del propulsor de mezclado. En este instante, ^»«ftJ«^*- -. el nanocompuesto del Ejemplo fue agregado al material de suministro y se observó un incremento adicional en el tamaño del floculo. El cambio máximo en el tamaño del floculo, antes de la degradación de la estructura del floculo inducida por las micropartículas debido a la agitación ocurrida (denotada como Delta @ Máxima), fue medido como una función de la concentración para el sílice comercial y la bentonita, así como para los nanocompuestos de los Ejemplos. Mientras más grande es este incremento en la longitud de la cuerda promedio, más eficientes fueron las micropartículas en la retención de los componentes de suministro en un proceso de fabricación de papel. La mejora porcentual contra Nalco® 8671 fue calculada como sigue: Cambio en MCL (Producto) - Cambio en MCL (Nalco® 8671) / Cambio en MCL (Nalco® 8671) Como se muestra en la Tabla 9, las muestras del nanocompuesto fueron en cualquier parte desde 136 hasta 272 % más efectivas que el sílice comercial bajo estas condiciones de suministro acidas. Las mismas también fueron más activas que la muestra de bentonita, la cual también se utilizó como una micropartícula.

Ejemplo 10 En este Ejemplo, la sal de sodio de un homopolímero del ácido acrilamidometilpropan sulfónico, el AMPS, (polielectrólito 3) fue utilizado para formar un nanocompuesto con el sílice coloidal. Una solución al 6.55 % en peso del ácido silícico fue preparada como se describió anteriormente. La misma fue agregada en la cantidad de 130 gramos hasta 16.56 gramos de una solución acuosa que contiene silicato de sodio, 12.41 % en peso de Si02 y el polímero de AMPS a 4.98 % en peso. Esta adición se llevó a cabo durante un período de media hora a 30 + 0.5 °C mientras que se agita constantemente la mezcla de la reacción. La solución del producto final contuvo un material de sílice coloidal como 7.2 % en peso de Si02 y el polímero de AMPS al 0.563 % en peso. La relación de PoliAMPS/Si02 fue de 0.0780. El producto que reaccionó anteriormente fue concentrado entonces hasta 12.09 % en peso utilizando una membrana de ultrafiltración de YM-100 en un montaje de celda agitado.

Ejemplo 11 Un copolímero de sodio AMPS y acrilamida (50/50 % en mol) (polielectrólito 4) fue empleado para formar un nanocompuesto con el sílice coloidal siguiendo el mismo procedimiento descrito en el Ejemplo 10. Los productos de los Ejemplos 10 y 11 fueron probados en un suministro alcalino estándar midiendo las retenciones de DDJ. La actividad fue determinada por el nivel de la turbidez del filtrado a partir del DDJ y los resultados son mostrados posteriormente en la Tabla 10. o Tabla 10 4-.

Ejemplo 12 El ácido silícico, la preparación del cual se describió anteriormente (como 4.90 % del sílice), en la cantidad de 122.4 gramos, fue agregada a un "residuo" de 7.25 gramos de una solución acuosa que contiene silicato de sodio, 19.25 % en peso como Si02, y una poli(co-acrilamida/ácido acrílico, sal de sodio) (1/99 % en mol) (polielectrólito 2) al 2.7 % en peso. Esta adición fue llevada a cabo durante un período de media hora a 30 + 0.5 °C mientras que se agita constantemente la mezcla de la reacción. La solución del producto final contuvo un material de sílice coloidal como un 5.7 % en peso de Si02 y el polielectrólito 2 al 0.151 % en peso. La relación de Si02/Na20 fue de 17.6 y el polielectrólito 2/Si02 fue de 0.0264.

Ejemplo 13 Se siguió el procedimiento del Ejemplo 12 excepto que en este caso el "residuo" contuvo 3.67 % en peso del polielectrólito 2. La relación del polielectrólito 2/Si02 fue de 0.0519.

Ejemplo 14 El procedimiento del ejemplo 12 fue seguido, excepto que en este caso el "residuo" no contuvo nada del polielectrólito 2. Esta muestra fue utilizada como una reacción de "blanco" para comparar el efecto del polielectrólito 2. Los productos de los ejemplos 12-14 fueron comparados con un sílice coloidal comercial estándar, Nalco® 8671, midiendo las retenciones de DDJ. La actividad fue determinada por el nivel de la turbidez del filtrado a partir del DDJ y estos resultados son mostrados posteriormente en la Tabla 11.

O Tabla 11 Los ejemplos de un procedimiento de síntesis alternativo que emplea una resina de intercambio iónico acida, débil, son descritos posteriormente, en compañía de los datos de funcionamiento de los productos finales.

Ejemplo 15 Una resina de intercambio iónico acida, débil, la IRC 84 (Rohm & Haas), en la forma del hidrógeno, fue convertida primero a la forma de sodio y luego se agregó una solución de HCl al 5% para convertir 75% de la resina a la forma del hidrógeno (con el 25% restante en la forma del sodio) . Un volumen dado de la resina húmeda, 470 ml, que contiene 1137 miliequivalentes en la forma del hidrógeno fue agregada entonces a un recipiente de resina de 2 litros. El recipiente fue equipado con un agitador, mamparas y un electrodo del pH para verificar el intercambio del ion de sodio. La resina IRC 84 y 447 gramos del agua desionizada fueron agregados entonces al recipiente. Una mezcla del silicato de sodio (1197 meq. -120.9 gramos como Si02) y el polianión NSF, el polielectrólito 1, (4.23 gramos) como una solución de silicato al 20% (604.4 gramos), fueron agregados al recipiente de resina durante un período de 13 minutos. La concentración de Si02 total fue de aproximadamente 11.5 % en el recipiente y el pH de la resina que contiene la solución se incrementó desde 7.5 hasta 11.1 después de la adición de la solución de silicato/NSF. El pH fue verificado entonces durante el transcurso del tiempo. Después de dos horas, el pH se redujo desde 11.1 hasta 9.8 y la solución se removió de la resina por filtración.

Ejemplo 16 El mismo procedimiento que se utilizó anteriormente en el Ejemplo 16 fue seguido, excepto que la reacción se terminó a pH 10.0 después de 80 minutos de la reacción.

Tabla 12 •idftüMpr Los resultados en la Tabla 12 fueron obtenidos utilizando Exploración con Microscopía de Rayo Láser (SLM) y se analizaron de la misma manera que se describid) anteriormente en el Ejemplo 9. Los productos de los nanocompuestos producidos por el proceso de sílice alternativo mostraron un mejor funcionamiento que loe productos del nanocompuesto en el Ejemplo 9.

Ejemplo 17 Además de los resultados mostrados anteriormente para la preparación del sílice coloidal en la presencia de los polielectrólitos, el funcionamiento de un sílice coloidal preformado también puede ser mejorado por la adición de un polielectrólito al producto de sílice después de su síntesis. A 87.47 gramos de un sílice coloidal comercial, Nalco® 8671, se agregaron 9.72 gramos del agua desionizada y 2.82 gramos de una solución del polielectrólito 1 que contiene 1.01 gramos del polímero de NSF. La mezcla resultante contuvo 13.0 % en peso de sílice y una relación del polielectrólito/sílice de 0.077. La prueba de DDJ fue efectuada entonces sobre un material de suministro alcalino comparando el producto mezclado, el sílice no mezclado, y un experimento en el cual el sílice y el polielectrólito de BSF fueron agregados separada pero simultáneamente al DDJ. El producto mezclado fue más eficiente en su funcionamiento de retención que ys sea el sílice comercial o los componentes agregados separadamente .

NJ Tabla 13 Los datos de DDJ en la Tabla 13 ilustran la mejora observada cuando una mezcla preformada del sílice coloidal y el polielectrólito 1 es utilizada contra el sílice solo o la adición del sílice y el polielectrólitc separadamente. Esto es una evidencia adicional que un complejo o compuesto es formado entre el polielectrólito y el sílice y que el efecto observado no es simplemente un aditivo de uno entre dos componentes. Aunque la presente invención se describió anteriormente con relación a las modalidades preferidas o ilustrativas, estas modalidades no están propuestas para ser exhaustivas o limitativas de la invención. En lugar de esto, la invención está propuesta para cubrir todas las alternativas, modificaciones y equivalentes incluidos dentro de su espíritu y alcance, como se definió por las reivindicaciones anexas.

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 el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes

Claims (43)

REIVINDICACIONES

1. La presente invención se refiere a un método de producción de un nanocompuesto aniónico para su uso como un auxiliar en el drenaje y la retención en la fabricación del papel, caracterizado porque comprende los pasos de: a) proporcionar una solución de silicato de sodio; b) agregar un polielectrólito aniónico a la solución de silicato de sodio; y c) combinar la solución de silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico con el ácido silícico.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es seleccionado del grupo que consiste de polisulfonatos, poliacrilatos y polifosfonatos.

3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es el condensado de formaldehído sulfonato de naftaleno.

4. El método de conformidad con la-reivindicación 1, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 1,000,000.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 300,000.

6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 120,000.

. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene una densidad de la carga desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 13 miliequivalentes/gramo .

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene una densidad de la carga desde .^?£ **&- y^?2*jft~lgS^-< aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5 miliequivalentes/gramo.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es agregado a la solución de silicato de sodio en una cantidad desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15% en peso con base en la concentración de sílice final total.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido silícico es combinado con la solución del silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico agregando el ácido silícico a la solución.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15 %.

12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido silícico es combinado con la solución del silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico generando el ácido silícico in situ.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 10%.

14. Un nanocompuesto aniónico para su uso como un auxiliar del drenaje y la retención en la fabricación del papel, preparado por el proceso que comprende los pasos de: a) proporcionar una solución de silicato de sodio; b) agregar un polielectrólito aniónico a la solución de silicato de sodio; y c) combinar la solución de silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico con el ácido silícico.

15. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es seleccionado del grupo que consiste de los polisulfonatos, poliacrilatos y polifosfonatos .

16. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es el condensado de formaldehído sulfonato de naftaleno.

17. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 1,000,000.

18. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 300,000.

19. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 120,000.

20. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene una densidad de la carga desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 13 miliequivalentes/gramo.

21. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene una densidad de carga desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5 miliequivalentes/gramo.

22. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es agregado a la solución de silicato de sodio en una cantidad desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15 % en peso con base en la concentración del sílice final total.

23. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el ácido silícico es combinado con la solución del silicato de sodio que contiene el polielectrólito agregando el ácido silícico a la solución.

24. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15 %.

25. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el ácido silícico es combinado con la solución del silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico generando el acide silícico in situ.

26. El nanocompuesto aniónico de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 10%.

27. Un método para incrementar la retención y el drenaje en la fabricación del papel, caracterizado porque comprende los pasos de: a) formar una pasta aguada para la formación del papel, celulósica, acuosa; b) agregar a la suspensión un polímero seleccionado del grupo que consiste de los floculantes catiónicos, aniónicos, no iónicos y anfotéricos; c) agregar a la pasta aguada un nanocompuesto aniónico, el nanocompuesto aniónico es preparado por (i) proporcionar una solución de silicato de sodio; (ii) agregar un polielectrólito aniónico a la solución de silicato de sodio; y (iii) combinar la solución de silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico con el ácido silícico; y d) drenar la pasta aguada para formar una hoja; y e) secar la hoja.

28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el nanocompuestc aniónico es agregado a la pasta aguada en una cantidad desde aproximadamente 0.0025% hasta aproximadamente 1%.

29. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el nanocompuesto aniónico es agregado a la pasta aguada en una cantidad desde aproximadamente 0.0025% hasta aproximadamente 0.1%.

30. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es seleccionado del grupo que consiste de los polisulfonatos, los poliacrilatos y los polifosfonatos.

31. El método de conformidad con la reivindicación 30, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es el condensado de formaldehído sulfonato de naftaleno.

32. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 50C hasta aproximadamente 1,000,000.

33. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 300,000.

3 . El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene un peso molecular desde aproximadamente 500 hasta aproximadamente 120,000.

35. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene una densidad de la carga desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 13 miliequivalentes/gramo .

36. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el polielectrólito aniónico tiene una densidad de la carga desde ^¿^^^gw&S^=£JÍtí aproximadamente 1 hasta aproximadamente 5 miliequivalentes/gramo.

37. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el polielectrólito aniónico es agregado a la solución de silicato de sodio en una cantidad desde aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15% en peso con base en la concentración de sílice final total.

38. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el ácido silícico es combinado con la solución de silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico agregando el ácido silícico a la solución.

39. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 15 %.

40. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el ácido silícico es combinado con la solución de silicato de sodio que contiene el polielectrólito aniónico, generando el ácido silícico in situ.

41. El método de conformidad con la reivindicación 40, caracterizado porque la relación del polielectrólito aniónico con respecto al sílice total es de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 10%.

42. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque al menos un coagulante ácido es agregado a la suspensión.

43. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque al menos un almidón es agregado a la pasta aguada.