PRODUCTOS DE ALMIDÓN NO CEROSOS RETICULADOS CATIONICOS, UN MÉTODO PARA PRODUCIR LOS PRODUCTOS DE ALMIDÓN, Y USO EN PRODUCTOS DE PAPEL
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige generalmente a productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos y sus usos. Las modalidades de la invención incluyen productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos, un método para producir los productos de almidón, y productos de papel que incorporan los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es bien conocido que los productos de papel se pueden mejorar como un resultado de la incorporación de varios aditivos. Los almidones reticulados catiónicos son conocidos por tener una capacidad para mejorar las propiedades tales como resistencia al secado de productos de papel, y una capacidad para mejorar el proceso de producción de papel mejorando la retención y desagüe. Los almidones reticulados catiónicos son productos bien conocidos. La Patente de los Estados Unidos Número 5,122,231 se refiere a productos de almidón reticulados catiónicos, que pueden incluir productos de almidón no cerosos. El énfasis en esta patente se refiere a los productos de almidón de dent
Ref. 178458 reticulados catiónicos. La patente también describe el uso de los productos de almidón reticulados catiónicos en la producción de productos de papel . Los productos de almidón reticulados catiónicos son requeridos por tener una viscosidad Brookfield de pasta caliente de aproximadamente 500 cps a aproximadamente 3000 cps cuando se mide a 1.0 Baumé de sólidos de pasta aguada el cual se iguala a 2.0% de sólidos secos. La Patente de los Estados Unidos Número 5,368,690 se refiere a productos de almidón reticulados catiónicos que son útiles en la producción de papel. Los productos de almidón reticulados catiónicos se describen teniendo una viscosidad crítica Brabender de 2 a 85%, lo cual se refiere al grado de nivel de reticulación. Por lo tanto podría ser deseable proporcionar nuevos productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos que mejorarán el procesamiento de productos de papel y las propiedades de los productos de papel resultantes. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Varias modalidades de la presente invención se dirigen a productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos, productos de papel que incorporan tales productos de almidón, y métodos de uso de tales productos. Una modalidad proporciona un producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps
(Centipoise) como se mide de acuerdo con el Método B-54 de
CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm
(revoluciones por minuto) y a una temperatura de 97°C. Otra modalidad de la invención se dirige adicionalmente a un método para producir tales productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos. Las modalidades adicionales de la invención se dirigen al uso de tales productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos en la preparación de productos de papel y a productos de papel hechos de este modo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Varias modalidades de la presente invención se dirigen a productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos, productos de papel que incorporan tales productos de papel, y métodos de uso de tales productos. Una modalidad proporciona un producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía desde aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps (Centipoise) como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm
(revoluciones por minuto) y a una temperatura de 97°C. Otra modalidad de la invención se dirige adicionalmente a un método para producir tales productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos. Las modalidades adicionales de la invención se dirigen al uso de tales productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos en la preparación de productos de papel y a productos de papel hechos de este modo. Con más detalle, el producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C, se describe como sigue. El almidón no ceroso se puede derivar de cualquier fuente adecuada tal como almidón de maíz no ceroso, almidón de papa no ceroso, almidón de papa dulce no ceroso, almidón de trigo no ceroso, almidón de sagú no ceroso, almidón de sorgo no ceroso, almidón de tapioca no ceroso, almidón de arroz no ceroso, y mezclas de los mismos. El almidón no ceroso es definido como almidón que contiene tanto amilosa como amilopectina. Los productos de almidón no cerosos en las modalidades de la presente invención tienen una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. En una modalidad preferida, la viscosidad Brookfield varía desde aproximadamente 800 cps a aproximadamente 2000 cps. En una modalidad más preferida, la viscosidad Brookfield varía de aproximadamente 1000 cps a aproximadamente 1500 cps. El procedimiento de prueba para determinar la viscosidad Brookfield se describe en la presente. En la producción de los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos de la presente invención, cualquier método convencional se puede usar tal como aquellos descritos en la Patente de los Estados Unidos Número 5,122,231 y Patente de los Estados Unidos Número 5,368,690 que se refieren a métodos para preparar almidones reticulados catiónicos. Por ejemplo, cualquier almidón no ceroso se puede cationizar y reticular, ya sea en orden o simultáneamente, y la reacción se puede dejar proceder bajo condiciones para producir un almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. Preferiblemente, el proceso se realiza bajo condiciones que producirán un almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad de aproximadamente 800 cps a aproximadamente 2000 cps, y más preferiblemente, de aproximadamente 1000 cps a aproximadamente 1500 cps. El almidón no ceroso utilizado en el proceso puede ser cualquiera de los almidones no cerosos identificados anteriormente. En una modalidad útil, el almidón no ceroso es almidón de maíz no ceroso. Mientras que cualquier agente de cationización se puede utilizar en el proceso, es preferido que la reacción de cationización sea lograda utilizando un componente seleccionado de un ion amino, ion imino, ion sulfonio, ion fosfonio, ion amonio y mezclas de los mismos, preferiblemente, un ion amonio cuaternario. Aunque muchos agentes reticulantes son adecuados para el uso en el presente proceso, las modalidades de la invención utilizan un componente seleccionado de un agente de eterificación multi-funcional, un agente de esterificación muíti-funcional y mezclas de los mismos. Los agentes reticulantes adecuados para las modalidades selectas son epiclorohidrina, un anhídrido dicarboxílico, oxicloruro fosforoso, una sal de metal alcalinotérreo de trimetafosfato, un anhídrido mezclado lineal, una resina de poliepóxido de poliamina y mezclas de los mismos. Una modalidad preferida emplea sal de metal alcalinotérreo de trimetafosfato como el agente reticulante. En una modalidad, la preparación de los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos incluye monitorear generalmente la reacción para la terminación midiendo la viscosidad para asegurar que el valor de viscosidad varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide por el procedimiento de prueba en la presente. Cuando la viscosidad se determina que cae dentro del intervalo deseado, la reacción se puede terminar. Un almidón no ceroso, como se describe en la presente, es cationizado por reacción del almidón no ceroso con cualquier agente de cationización. Ejemplares de los agentes de cationización son agentes que tienen iones amino, iones imino, iones sulfonio, iones fosfonio, o iones amonio y mezclas de los mismos. La reacción de cationización se puede realizar en cualquier manera convencional tal como haciendo reaccionar el almidón no ceroso en una forma de pasta aguada acuosa con el agente de cationización, usualmente en la presencia de un agente de activación tal como hidróxido de sodio. Otro proceso que se puede usar es un proceso semi-seco en donde el almidón no ceroso se hace reaccionar con el reactivo de cationización en la presencia de un agente de activación tal como hidróxido de sodio, en una cantidad de agua 1imitada . En una modalidad, el agente de cationización tiene un ion amonio, y preferiblemente, el ion amonio es un ion amonio cuaternario. Una modalidad particularmente útil emplea cloruro de (3-cloro-2-hidroxipropil) trimetilamonio como un agente de cationización. Los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos, como se describe en la presente, son reticulados haciendo reaccionar el almidón no ceroso con cualquier agente de reticulación. La reacción se realiza usando cualquier manera conocida para reticular un producto. Los agentes de reticulación adecuados para algunas modalidades incluyen, pero no se limitan a, un agente de eterificación ulti-funcional, un agente de esterificación multi-funcional, mezclas de los mismos, y similares. Los ejemplos específicos de los agentes reticulantes adecuados incluyen, pero no se limitan, a epiclorohidrina, un anhídrido dicarboxílico, oxicloruro fosforoso, una sal de metal alcalinotérreo de trimetafosfato, un anhídrido mezclado lineal, una resina de poliepóxido de poliamina, mezclas de los mismos, y similares. La reacción de reticulación se puede realizar en cualquier manera convencional tal como haciendo reaccionar el almidón no ceroso en una forma de pasta aguada acuosa con el agente de reticulación, usualmente en la presencia de un agente de activación tal como hidróxido de sodio. Otro proceso de reticulación que se puede usar es un proceso semi-seco donde el almidón no ceroso se hace reaccionar con el agente reticulante en la presencia de un agente de activación tal como hidróxido de sodio, en una cantidad de agua limitada. El almidón no ceroso puede ser cationizado y reticulado en cualquier orden, en la producción del almidón no ceroso reticulado catiónico. Por ejemplo, el almidón se puede cationizar luego reticular, o el almidón se puede reticular luego cationizar. Además, el agente de cationización y el agente de reticulación se pueden utilizar simultáneamente . Algunas modalidades de la invención emplean productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos en la producción de papel . Los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos se pueden incorporar en la producción de papel usando cualquier manera convencional. Por ejemplo, los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos se pueden formar en pasta aguada en agua y la pasta aguada resultante se calienta a una temperatura suficiente para lograr la gelatinización de la pasta aguada de almidón para producir una pasta de almidón gelatinizada. Típicamente, el calentamiento para lograr la gelatinización se realiza a una temperatura arriba de aproximadamente 90°C. La pasta de almidón gelatinizada luego se puede aplicar a una suspensión celulósica, particularmente una pasta de papel, en cualquier manera conocida. Haciéndolo así, la pasta de almidón geletanizada se puede aplicar al extremo húmedo de una máquina de papel en una materia prima gruesa de fibra de papel, o una materia prima delgada de fibra de papel, o una adición de división tanto a la materia prima gruesa como la materia prima delgada. En la aplicación de la pasta de almidón gelatinizada a la suspensión celulósica, cualquier cantidad de almidón se puede incorporar como se desee. Típicamente, la cantidad de almidón no ceroso reticulado catiónico a ser incorporada varía de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 5% en peso basado en la fibra de papel. En una modalidad preferida, el producto de almidón no ceroso reticulado catiónico está presente en una cantidad que varía de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 2% en peso basado en el peso de la fibra. Además, si se desea, se pueden utilizar aditivos convencionales en la producción de productos de papel. Por ejemplo, se pueden incorporar tintes, pigmentos, aditivos de encolado, auxiliares de retención y desagüe, suspensiones o soluciones acuosas de biopolímeros o polímeros sintéticos, y similares . Se espera que los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos de conformidad con los aspectos de la presente invención tengan utilidad en campos diferentes de la fabricación de papel. Tales aplicaciones podrían incluir, por ejemplo, manufactura de recipiente para alimentos, producción de pinturas, floculación de suspensiones acuosas como en tratamiento de agua y purificación de mineral, y similares. Los siguientes ejemplos se presentan para ilustrar los aspectos de la presente invención y para ayudar a uno de experiencia ordinaria en la producción y uso de la misma. Los ejemplos no se proponen en cualquier forma para limitar de otra forma el alcance de la invención. EJEMPLOS Los siguientes procedimientos de prueba se utilizan en la evaluación de las propiedades de los productos de almidón no cerosos reticulados catiónicos, y los productos de papel, proporcionados en los ejemplos. PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA Viscosidad Brookfield La viscosidad Brookfield de un almidón no ceroso reticulado catiónico se determina de acuerdo con los Métodos Analíticos Estándares de la Corn Refiners Association, Inc. El Método B-54 de CRA del Procedimiento de Prueba con las condiciones especificadas en la presente. El instrumento utilizado para determinar la viscosidad es un Viscosímetro Brookfield DV-II+. El procedimiento de prueba se conduce cociendo una muestra, a una temperatura de baño de agua caliente ajustada a 97°C, por 10 minutos usando número de eje de 21 a 20 revoluciones por minuto. La viscosidad Brookfield del almidón reticulado catiónico, el cual está en la forma de una pasta caliente, se determina usando un nivel de sólidos de 0.5%. PRODUCTOS DE ALMIDÓN Ejemplo 1 El almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield dentro del intervalo de 700 cps a 2500 cps se preparó cargando un reactor con pasta aguada de almidón de maíz no ceroso, hidróxido de sodio, y (3-cloro-2-hidroxipropil) trimetilamonio . La pasta aguada se calentó entonces y se dejó reaccionar por un período de tiempo requerido para lograr una sustitución de nitrógeno deseada. Después de que se logró la sustitución de nitrógeno, una muestra de la pasta aguada se midió para asegurar que el pH de la pasta aguada de reacción estuviera a 11.2. Si fuese necesario, el pH se ajusta a 11.2. Se adicionó en una porción trimetafosfato de sodio a la pasta aguada y la pasta aguada se dejó reaccionar por un período de tiempo designado. La pasta aguada se llevó a un pH de aproximadamente 7 por la adición de una solución acida. La pasta aguada luego se lavó, desaguó, secó a un nivel de humedad deseado. La viscosidad del almidón no ceroso reticulado catiónico resultante se determinó por el procedimiento de viscosidad Brookfield en la presente. Ejemplo 2 Una modalidad alternativa para producir el almidón no ceroso reticulado catiónico de la presente invención es como sigue. Almidón de maíz no ceroso semi-seco, que tiene un nivel de humedad de 10-30% se mezcló con cloruro de 2,3-epoxipropil-N,N,N-trimetilamonio, y 1 , 3-dicloro-2-propanol en la presencia de hidróxido de sodio como un agente de activación. Se espera que se obtendrá almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C.
Ejemplo 3 Se siguió el proceso de acuerdo con el ejemplo 1 con la excepción que el cloruro de (3-cloro-2-hidroxipropil) trimetilamonio se reemplazó por cloruro de (3-cloro-2-hidroxipropil)dimetildodecilamonio. Se espera que se obtendrá producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. Ejemplo 4 Se siguió el proceso de acuerdo con el ejemplo 1 con la excepción que el cloruro de (3-cloro-2-hidroxipropil) trimetilamonio se reemplazó por cloruro de (3-cloro-2-hidroxipropil ) dimetiloctadecilamonio. Se espera que se obtendrá producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. Ejemplo 5 Se siguió el proceso de acuerdo con el ejemplo 1 con la excepción que el trimetafosfato de sodio se reemplazó por dianhídrido 1, 2 , 4, 5-bencentetracarboxílico y se hizo reaccionar a un intervalo de pH de 8-10. Se espera que se obtendrá producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. Ejemplo 6 Se siguió el proceso de acuerdo con el ejemplo 1 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso se reemplazó por almidón de arroz no ceroso. Se espera que se obtendrá producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. Ejemplo 7 Se siguió el proceso de acuerdo con el ejemplo 1 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso se reemplazó por almidón de tapioca no ceroso. Se espera que se obtendrá producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. Ejemplo 8 Se siguió el proceso de acuerdo con el ejemplo 1 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso se reemplazó por almidón de papa no ceroso. Se espera que se obtendrá producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C. Ejemplo 9 Se siguió el proceso de acuerdo con el ejemplo 1 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso se reemplazó por almidón de sorgo no ceroso. Se espera que se obtendrá producto de almidón no ceroso reticulado catiónico que tiene una viscosidad Brookfield que varía de aproximadamente 700 cps a aproximadamente 2500 cps como se mide de conformidad con el Método B-54 de CRA a 0.5% de sólidos usando número de eje de 21 a 20 rpm y a una temperatura de 97°C.
PRODUCTOS DE PAPEL Ejemplo 10 En este ejemplo se muestra la incorporación de un producto de almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico preparado en el ejemplo 1, en la preparación de un producto de papel. En este ejemplo, el producto de almidón se utilizó en la forma de una pasta gelatinizada. El papel se preparó usando una máquina papelera Fourdrinier estándar. La fibra blanqueada de madera dura/madera suave se adicionó a una pasta de desechos revestida en la caja de mezclado conjuntamente con carbonato de calcio triturado y alumbre de materia prima grueso en cantidades convencionales. La mezcla de pasta se diluyó adicionalmente con agua, seguido por adición de una pasta de almidón. Antes de la caja de cabeza, se adicionaron sílice y alumbre desbarbado en cantidades convencionales y la pasta se bombeó a la caja de cabeza para la distribución sobre la tela mecánica de máquina papelera. La trama papelera luego se seca y enrolla en un rollo. Ejemplo 11 En este ejemplo se siguió el procedimiento del ejemplo 10 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 1 se reemplazó por el almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 2. Se espera que se obtendrá un producto de papel adecuado.
Ejemplo 12 En este ejemplo se siguió el procedimiento del ejemplo 10 excepto que el almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 1 se reemplazó, respectivamente, por los productos de almidón de maíz no cerosos reticulados catiónicos de los ejemplos 3, 4 y 5. Se espera que se obtendrán productos de papel adecuado. En estos casos se espera adicionalmente que el producto de papel producido usando los productos de almidón de los ejemplos 3, 4 y 5 serán caracterizados por encolado interno incrementado. Ejemplo 13 En este ejemplo se siguió el procedimiento del ejemplo 10 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 1 se reemplazó por el producto de almidón de arroz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 6. Se espera que se obtendrá un producto de papel adecuado . Ejemplo 14 En este ejemplo se siguió el procedimiento del ejemplo 10 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 1 se reemplazó por el producto de almidón de tapioca no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 7. Se espera que se obtendrá un producto de papel adecuado .
Ejemplo 15 En este ejemplo se siguió el procedimiento del ejemplo 10 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 1 se reemplazó por el producto de almidón de papa no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 8. Se espera que se obtendrá un producto de papel adecuado. Ejemplo 16 En este ejemplo se siguió el procedimiento del ejemplo 10 con la excepción que el almidón de maíz no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 1 se reemplazó por el producto de almidón de sorgo no ceroso reticulado catiónico del ejemplo 9. Se espera que se obtendrá un producto de papel adecuado . La invención se ha descrito con referencia a varias técnicas y modalidades específicas e ilustrativas. Sin embargo, un experto en la técnica reconocerá que muchas variaciones y modificaciones se pueden hacer mientras permanezcan dentro del espíritu y alcance de la invención. La totalidad de cada una de las patentes y otras referencias identificadas anteriormente se incorpora en la presente para referencia . 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.