PT100652B - Processo de fabrico de papel usando um agente de retencao contendo grupos anionicos - Google Patents

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Description

MEMÓRIA DESCRITIVA
O presente invento descreve um processo para uma melhor eliminação de água e retenção no fabrico de papel, onde o agente de retenção contendo grupos aniónicos, baseado num polissacárido ou sendo um polímero à base de acrilamida, e uma solução alcalina de um aluminato são adicionadas à matéria prima (stock) contendo fibras com lenhocelulose e, opcionalmente, cargas. 0 pH da matéria prima, antes da adição do aluminato, deverá estar abaixo de cerca de 7 a fim de se obterem na matéria prima os complexos catiónicos de hidróxido de alumínio pretendidos. 0 presente invento é economicamente eficaz e insensível ao teor em cálcio na água branca.
Antecedentes
Na produção de papel leva-se, à cabeça distribuidora da máquina de papel, uma matéria prima constituída por fibras para papel, água e normalmente um ou mais aditivos. A cabeça distribuidora distribui a matéria prima uniformemente sobre a largura da tela metálica, de modo a obter-se uma camada uniforme de papel por eliminação de água, prensagem e secagem. O pH da matéria prima é importante pela possibilidade de produção de certas qualidades de papel e pela escolha de aditivos. Um grande número de fábricas de papel, por todo o mundo, tem passado, na última década, de matérias primas ácidas para neutras ou alcalinas. Esta passagem exige contudo investimentos vultuosos pelo que algumas fábricas ainda fabricam papel em condições ácidas.
Na produção de papel, pretende-se obter uma melhor eliminação de água e retenção. Melhor eliminação de água (drenagem) significa que a velocidade da máquina de papel pode ser aumentada e/ou o consumo de energia reduzido nas secções subsequentes de prensagem e de secagem. Além disso, uma melhor retenção de partículas finas, cargas, colas e outros aditivos reduzirá as quantidades adicionadas e simplificará a reciclagem da água branca.
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As fibras e a maior parte das cargas - componentes principais no fabrico de papel - transportam, por natureza, cargas superficiais negativas, isto é, são aniónicas. Sabe-se já como melhorar a eliminação de água e o efeito de retenção, por alteração do valor total e da distribuição destas cargas. Vulgarmente, junta-se à matéria prima amido onde se introduziram grupos catiónicos devido à sua forte atracção para as fibras aniónicas contendo celulose. Este efeito é no entanto reduzido em fábricas onde a água branca é dura, devido à competição pelos locais aniónicos entre o amido catiónico e os iões cálcio. Para se obterem resultados mais eficazes, pensou-se que deveria haver um equilíbrio adequado entre os grupos catiónicos e aniónicos no amido. Os amidos, onde se tenham introduzido grupos catiónicos e aniónicos, são chamados anfotéricos e são já bem conhecidos no fabrico de papel.
É também sabido que para melhorar o efeito se combina amido com compostos de alumínio. Em P.H. Brouwer, Tappi Journal, 74(1), pp 170-179 (1991), o alúmen é combinado com amido aniónico para melhorar a eliminação de água bem como o brilho e a resistência do papel de embrulho. Neste caso, o pH da pasta, bem como o da água branca é de 4,4 e a adição de alúmen é de 50 kg/ton de pasta.
O invento invento descreve um processo para melhorar a eliminação de água e a retenção de partículas finas, cargas, colas e outros aditivos, no fabrico do papel, onde o agente de retenção, contendo grupos aniónicos, e um aluminato são adicionados à matéria prima de fibras contendo lenhocelulose.
invento refere-se assim a um processo de fabrico de papel sobre uma tela metálica, por formação e eliminação de água de uma matéria prima de fibras contendo lenhocelulose e cargas opcionais, pelo qual se junta à matéria prima um agente de retenção contendo grupos aniónicos, onde o referido agente de retenção se baseia num polissacárido ou é um polímero à base de acrilamida, e uma solução alcalina de um aluminato, onde a
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matéria prima, antes da adição do aluminato, tem um pH na gama de na gama de cerca de 3 até cerca de 7.
De acordo com o presente invento, verificou-se que, juntando uma solução alcalina, contendo um aluminato, a uma matéria prima com um pH inferior a cerca de 7, é possível obter uma interacção entre os complexos catiónicos de hidróxido de alumínio criados na matéria prima e os grupos aniónicos do agente de retenção e das fibras de celulose.
Como acima se mencionou, usa-se convencionalmente, no fabrico de papel, amido onde foram introduzidos grupos catiónicos. É vantajoso, contudo, usar amido contendo grupos aniónicos visto que é muito mais fácil e mais barato introduzir grupos aniónicos, como os grupos fosfatos, do que introduzir grupos catiónicos, como os grupos de amino terciário ou de amónio quaternário. De acordo com o presente invento, verificou-se que um agente de retenção contendo grupos aniónicos, adequadamente um amido contendo grupos aniónicos, em combinação com uma solução alcalina contendo um aluminato, dá melhor eliminação de água e retenção às matérias primas ácidas, com economia eficaz.
Os componentes podem ser adicionados à matéria prima por ordem arbitrária. De preferência, os complexos catiónicos de hidróxido de alumínio formam-se na presença de fibras contendo lenhocelulose. Portanto, o invento, refere-se especialmente à adição de um agente de retenção e um aluminato a uma matéria prima de fibras contendo lenhocelulose, onde a adição é separada da adição de cargas opcionais. Também de preferência, a adição do agente de retenção à matéria prima é separada da adição de aluminato à referida matéria prima. Obtém-se um melhoramento considerável, em comparação com as técnicas da arte anterior, quando o agente de retenção contendo grupos aniónicos é primeiro adicionado e depois o aluminato. Obtém-se contudo o melhor efeito se se juntar primeiro o aluminato à matéria prima, seguido do agente de retenção contendo grupos aniónicos. Quando se junta à matéria prima um coloide inorgânico aniónico além do aluminato e, neste caso, do agente de retenção contendo grupos catiónicos,adequado juntarreferido
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do aluminato. De preferência junta-se primeiro o aluminato seguido do agente de retenção e, como terceiro componente, o coloide inorgânico aniónico.
Um agente de retenção, usado no presente processo, baseia-se num polissacárido, do grupo dos amidos, derivados de celulose ou gomas de guar, ou é um polímero à base de acrilamida. O agente de retenção contendo grupos aniónicos, tem grupos carregados negativamente (aniónicos), opcionalmente tem grupos carregados positivamente (catiónicos). Os derivados da celulose são, p. ex., as carboxialquilceluloses como a carboximetilcelulose (CMC). 0 agente de retenção baseado num polissacárido é, adequadamente, um amido contendo grupos aniónicos.
Os polímeros à base de acrilamida usados no processo do invento são polímeros solúveis em água que contêm acrilamida e/ou metacrilamida como principal componente monomérico. Os polímeros à base de acrilamida contém grupos aniónicos e, opcionalmente, grupos catiónicos, isto é, os polímeros à base de acrilamida são aniónicos ou anfotéricos. De preferência os polímeros à base de acrilamida são aniónicos. Os polímeros à base de acrilamida têm, adequadamente, uma massa molecular média de cerca de 10 000 até cerca de 30 000 000 e de preferência, de 500 000 até 20 000 000. Os polímeros à base de acrilamida podem ser produzidos pela introdução de grupos iónicos num polímero contendo (met)acrilamida como componente principal. Num polímero contendo (met)acrilamida como componente principal, os grupos aniónicos podem ser introduzidos, p. ex., por hidrólise ou por reacção de sulfometilação, enquanto os grupos catiónicos opcionais podem ser introduzidos, por ex., por degradação de Hofmann e reacção de Mannich. Os polímeros aniónicos à base de acrilamida podem também ser preparados por copolimerização de (met)acrilamida e monómeros aniónicos. São exemplos de monómeros aniónicos os ácidos carboxilicos α,β-insaturados e os monómeros contendo grupos ácido sulfónico ou grupos ácido fosfórico. Os polímeros anfotéricos à base de acrilamida podem ser preparados por
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copolimerização da (met)acrilamida e uma mistura de monómeros contendo tanto monómeros catiónicos e monómeros aniónicos. Os polímeros anfotéricos podem também ser preparados pela introdução de grupos catiónicos num copolímero de (met)acrilamida e monómeros aniónicos ou pela introdução de grupos aniónicos num copolímero de (met)acrilamida e monómeros catiónicos. Os polímeros à base de acrilamida podem ter um grau aniónico de substituição (DS) de cerca de 0,5 até cerca de 100%, adequadamente de 1,5 até 90% e de preferência de 3 até 80%.
Ainda que as vantagens do presente invento possam ser obtidas com qualquer agente de retenção contendo grupos aniónicos e onde o agente de retenção se baseia num polissacárido ou é um polímero à base de acrilamida, o presente invento será descrito, na descrição seguinte, em relação ao uso de amido contendo grupos aniónicos.
Os grupos aniónicos do amido, que podem ser naturais ou introduzidos por tratamento químico, são, adequadamente, o fosfato, fosfonato, sulfato, sulfonato ou ácido carboxílico. De preferência os grupos são fosfatos devido ao custo relativamente baixo para introduzir estes grupos. Além disso, a elevada densidade de carga aniónica aumenta a reactividade para com os complexos catiónicos de hidróxido de alumínio, são grupos catiónicos adequados, os grupos azotados, p. ex. amino terciário ou os grupos amónio quaternário. A presença de grupos catiónicos é necessária para obter um aumento dos efeitos de eliminação de água e de retenção, quando se junta um coloide inorgânico aniónico.
A quantidade de grupos aniónicos, especialmente fosfato, no amido, influencia a eliminação de água e o efeito de retenção. 0 teor global em fósforo no amido é uma fraca medida dos grupos aniónicos uma vez que o fósforo é inerente nos grupos fosfato ligados por covalência, bem como nos lípidos. Os lípidos são certas substâncias gordas onde, no caso do amido, os fosfolípidos e especialmente os lisofosfolípidos são importantes. O teor em fósforo refere-se assim ao fósforo dos grupos fosfato
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ligados por covalência à amilopectina do amido. O teor em fósforo encontra-se, adequadamente, na gama de cerca de 0,01 a cerca de 1% de fósforo na substância seca. 0 limite superior não é critico mas é escolhido por razões económicas. De preferência, o teor situa-se na gama de 0,04 até 0,4% de fósforo na substância seca.
amido contendo grupos aniónicos pode ser produzido a partir de produtos agrícolas como a batata, milho, cevada, trigo, tapioca, mandioca, sorgo ou arroz, ou a partir de produtos refinados como milho amarelo ceroso. Os grupos aniónicos são naturais ou introduzidos por tratamento químico. Usa-se, adequadamente, amido de batata. De preferência usa-se amido natural de batata pois que contém uma quantidade apreciável de grupos fosfato monoéster ligado por covalência (entre cerca de 0,06 e cerca de 0,10% de fósforo na substância seca) e o teor em lípidos é muito baixo (cerca de 0,05% na substância seca). Uma outra concretização preferida do invento é usar amido fosfatado de batata.
O aluminato usado de acordo com o presente invento é já conhecido per se para uso no fabrico de papel. Qualquer aluminato que possa ser hidrolisado em complexos catiónicos de hidróxido de alumino na matéria prima, pode ser usado. O aluminato é, adequadamente, aluminato de sódio ou aluminato de potássio. De preferência o aluminato é aluminato de sódio.
efeito da adição de um aluminato depende muito do pH da matéria prima bem como da solução que contém o aluminato. De acordo com o invento, a adição do aluminato, a um pH da matéria prima na gama de cerca de 3 até cerca de 7, aumenta nitidamente a velocidade de eliminação de água e o grau de retenção. Antes da adição do aluminato, o pH da matéria prima situa-se adequadamente na gama de 3,5 até 7 e ainda mais adequadamente na gama de 3,5 até 6,5. Antes da adição do aluminato, o pH da matéria prima situa-se, de preferência, na gama de 4,0 até 6,5 e ainda com maior preferência na gama de 4,0 até 6,0.
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Dependendo do efeito de tamponagem da matéria prima, o pH da matéria prima após adição do aluminato deverá estar na gama de cerca de 3,5 até cerca de 7. Após a adição de aluminato, o pH da matéria prima situa-se adequadamente na gama de 4,0 até 6,5. De preferência, após a adição do composto de alumínio, o pH da matéria prima situa-se na gama de 4,0 até 6,0.
Quando se junta à matéria prima ácida a solução alcalina de aluminato, o pH da solução é, adequadamente, de pelo menos cerca de 11 e de preferência o pH situa-se na gama de 12 até 14 para o desenvolvimento dos complexos catiónicos de hidróxido de alumínio.
A carga catiónica dos vários complexos de hidróxido de alumínio desenvolvidos, decresce com o tempo, efeito que é especialmente pronunciado quando o teor em cálcio na água branca é baixo. A perda do carácter catiónico influencia especialmente a retenção de partículas finas e de aditivos, mas a eliminação de água é também influenciada. É portanto muito importante que o aluminato seja adicionado pouco antes da matéria prima entrar na tela metálica para formar o papel. 0 aluminato é adequadamente adicionado à matéria prima menos do que cerca de 5 minutos antes da matéria prima entrar na tela metálica para formar o papel. De preferência, o aluminato é adicionado à matéria prima menos de 2 min antes da matéria prima entrar na tela metálica para formar o papel.
A quantidade adicionada de um agente de retenção baseado num polissacárido, pode situar-se na gama de cerca de 0,05 até cerca de 10% em peso, em relação às fibras e cargas opcionais, secas. A quantidade de agente de retenção baseado num polissacárido, situa-se, adequadamente, na gama de 0,1 até 5% em peso, e de preferência na gama de 0,2 até 3% em peso, com base nas fibras e cargas opcionais, secas.
A quantidade adicionada de um agente de retenção quando é um polímero à base de acrilamida, pode situar-se na gama de cerca de 0,005 até cerca de 2% em peso, com base nas fibras e
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acrilamida, situa-se adequadamente na gama de 0,01 até 1,5% em peso e de preferência na gama de 0,02 até 1,0% em peso, com base nas fibras e cargas opcionais, secas.
A quantidade de aluminato adicionado pode situar-se na gama de cerca de 0,001 até cerca de 0,5% em peso, calculada como
AI2O3 e baseada no peso das fibras e cargas opcionais, secas. A quantidade de aluminato adicionada situa-se adequadamente na gama de 0,001 até 0,2% em peso, calculada como AI2O3 e baseada no peso de fibras e cargas opcionais, secas. De preferência, a quantidade de aluminato adicionada situa-se na gama de 0,005 até 0,15% em peso, calculada como A12O3 e baseada no peso de fibras e cargas opcionais, secas.
Nas fábricas de papel onde o teor em iões cálcio e/ou magnésio na água branca é elevado, é frequentemente difícil produzir eficientemente papel de boa qualidade . No fabrico de papel normalmente o teor em magnésio é baixo, o que reduz o problema à presença de apenas iões cálcio. No caso da água branca estes iões positivos podem ter a sua origem na água da torneira, em aditivos como o gesso e/ou na pasta, p.ex. se for usada uma pasta descolorida. Os iões cálcio são adsorvidos nas fibras, partículas finas e cargas, neutralizando portanto os locais aniónicos. O resultado é um intumescimento restrito das fibras o que provoca ligações de hidrogénio fracas e, portanto, papel de baixa resistência. Além disso, o efeito de eliminação catiónica da água e dos agentes de retenção adicionados é reduzido, pois que a possibilidade de interacção electrostática foi restringida.
presente invento pode ser usado no fabrico de papel onde o teor em cálcio da água branca varie dentro de amplos limites. Contudo, a melhoria na eliminação de água e na retenção de partículas finas e aditivos, em comparação com as técnicas da arte anterior, aumenta com o teor em cálcio, isto é, o presente processo é insensível a elevadas concentrações de cálcio. O presente processo é portanto adequado ao fabrico de papel em que
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a água branca contenha pelo menos cerca de 50 mg Ca2+/1. De preferência, a água branca conterá pelo menos 100 mg Ca2+/1 e o sistema será ainda eficiente a um teor em cálcio de 2000 mg Ca2+/1.
No fabrico de papel de acordo com o invento, podem juntarse à matéria prima aditivos dos tipos convencionais. São exemplos destes aditivos as cargas, as colas e coloides inorgânicos aniónicos. São exemplos de cargas a terra de porcelana, caolino, talco, gesso e dióxido de titânio. As cargas são usualmente adicionadas sob a forma de suspensão pastosa em água, nas concentrações convencionais usadas para estas cargas. Um exemplo de cola que pode ser usada em condições ácidas é a colofónia.
No fabrico de papel de acordo com o invento, podem também ser adicionados à matéria prima, os coloides inorgânicos aniónicos convencionais. Um pré-requisito para que esta adição tenha efeito sobre a eliminação da água e retenção, é a presença de grupos catiónicos no agente de retenção usado. Os coloides são adicionados à matéria prima, sob a forma de dispersões, habitualmente chamados sóis, que, devido à elevada relação superfície/volume evitam a sedimentação por gravidade. Os termos coloide e coloidal indicam partículas muito pequenas. As partículas de substâncias inorgânicas aniónicas deverão, adequadamente, ter uma área superficial específica superior a cerca de 50 m2/g. São exemplos destes coloides, a bentonite, montmorilonite, sóis de sulfato de titanilo, sóis de sílica, sóis de sílica modificados por alumínio ou sóis de silicato de alumínio. Os coloides inorgânicos aniónicos são, adequadamente, coloides baseados em sílica. São coloides baseados em sílica, particularmente adequados, os sóis de sílica contendo alumínio que estão descritos na patente europeia 185 068, aqui incorporada para referência. De preferência, os coloides baseados em sílica têm pelo menos uma camada superficial de silicato de alumínio ou de sílica modificada por alumínio, pois que a camada superficial contendo alumínio torna os coloides mais resistentes nas condições ácidas do presente invento.
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-11Também os sóis de sílica modificados por alumínio descritos no pedido PCT WO 90/00689 são adequados para a adição a uma matéria prima ácida, de acordo com o invento. Neste caso, a modificação das partículas pelo alumínio realiza-se até um grau de modificação superficial de cerca de 2 até cerca de 25%, onde o grau de modificação é o número de átomos de alumínio que substituiu átomos de silício na superfície das partículas.
As partículas de sílica coloidal, nos sóis, deverão ter uma área superficial específica de cerca de 50 até cerca de 1000 m2/g e, com maior preferência, de 100 até 1000 m2/g. Verificou-se que as partículas de sílica coloidal deverão, adequadamente, ter um tamanho de partículas abaixo de 20 nm e de preferência de cerca de 10 até apenas cerca de 1 nm (uma partícula de sílica coloidal com uma área superficial específica de cerca de 550 m2/g corresponde a um tamanho médio de partícula, de cerca de 5 nm). Os sóis de sílica que satisfazem a especificação acima dada, estão disponíveis no comércio, p. ex., Eka Nobel AB na Suécia.
Os sóis adequados podem também ser baseados em ácido poli-silícico, o que significa que o material do ácido silícico existe em partículas muito pequenas, da ordem de 1 nm, e com uma área especifica muito grande, acima de 1000 m2/g e até cerca de 1700 m2/g, com um certo grau de formação de microgel. Estes sóis estão descritos na patente australiana 598 416.
A quantidade de coloidal inorgânico aniónico adicionada pode situar-se na gama de cerca de 0,005 até cerca de 1,0% em peso, com base no peso das fibras e cargas opcionais, secas. A quantidade de coloidal inorgânico aniónico situa-se, adequadamente, na gama de 0,005 até 0,5% em peso e de preferência na gama de 0,01 até 0,2% em peso, com base no peso de fibras e cargas opcionais, secas.
No fabrico de papel segundo o invento, também podem ser adicionados à matéria prima, os coloides inorgânicos catiónicos convencionais. São exemplos destes coloides carregados
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Case 3129 —12— positivamente, os sóis de óxido de alumínio e sóis baseados em sílica modificada à superfície. Adequadamente, os coloides são sóis baseados em sílica. Estes sóis podem ser preparados a partir de sóis comerciais de sílica coloidal e a partir de sóis de sílica constituídos por ácido silícico polímero, preparado por acidificação do silicato de metal alcalino. Fazem-se reagir os sóis com um sal básico de um metal polivalente, adequadamente o alumínio, para dar às partículas do sol uma carga superficial positiva. Estes coloides estão descritos no pedido PCT WO 89/00062. A quantidade adicionada adequada, de coloide inorgânico catiónico e a ordem da sua adição à matéria prima correspondem às mencionadas para os coloides inorgânicos aniónicos.
O efeito dos coloides baseados em sílica aniónica adicionados é mais pronunciado quando o teor em cálcio da água branca é limitado, enquanto que-o efeito dos coloides baseados em sílica catiónica é bom mesmo quando o teor em cálcio da água branca é elevado.
A adição da solução contendo aluminato pode também ser dividida em duas partes para contrariar a influência do chamado lixo aniónico. 0 lixo tende a neutralizar os compostos catiónicos adicionados antes de eles alcançarem a superfície das fibras aniónicas, reduzindo portanto o efeito pretendido de eliminação de água e de retenção. Portanto, uma parte da solução contendo aluminato pode ser adicionada muito antes da matéria prima entrar na tela metálica para formar papel, para que tenha tempo suficiente para actuar com um apanhador de lixo aniónico (ATC). Junta-se o resto da solução pouco antes da matéria prima entrar na tela metálica, de modo a desenvolver e a manter complexos catiónicos de hidróxido de alumínio que podem interagir com os grupos aniónicos do agente de retenção e das fibras de celulose. Por exemplo, 30% da quantidade do composto de alumínio, na solução que contém o composto de alumínio, podem ser usados como um ATC e os restantes 70% da quantidade do composto de alumínio para formar complexos catiónicos.
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fabrico de papel refere-se à produção de papel, cartão, papelão ou pasta sob a forma de folhas ou camadas, pela preparação e pela eliminação de água de uma matéria prima de fibras contendo lenhocelulose, sobre uma tela metálica. As folhas ou camadas de pasta destinam-se à produção subsequente de papel depois de ensopar com água as folhas ou camadas secas. As folhas ou camadas de pasta estão frequentemente isentas de aditivos mas podem estar presentes agentes de eliminação de água e de retenção, durante a produção. O presente processo é adequadamente usado para o fabrico de papel, cartão ou papelão.
O presente invento pode ser usado no fabrico de papel a partir de diferentes tipos de fibra contendo lenhocelulose. 0 agente de retenção e o aluminato podem por exemplo ser usados como aditivos em matérias primas contendo fibras de pastas químicas, digeridas segundo o processo do sulfito, sulfato, soda ou organo-solventes. Os compostos do presente invento podem também ser usados como aditivos em matérias primas contendo fibras de pastas químicas-termomecânicas (CTMP), pastas termomecânicas (TMP), pastas de refinação mecânica, pastas de serradura ou pastas de fibras recicladas. A matéria prima pode também conter fibras resultantes das modificações destes processos e/ou de combinações de pastas, e a madeira pode ser tanto branda como dura. O invento é adequadamente usado no fabrico de papel a partir de matérias primas contendo fibras de pastas químicas. 0 teor em fibra da matéria prima é também adequadamente de pelo menos 50% em peso, calculado em relação ao peso da substância seca.
O invento e as suas vantagens estão ilustradas em maior pormenor pelos seguintes exemplos que, contudo, se destinam apenas a ilustrar o invento e não a limitá-lo. As percentagens e partes, referidas na descrição, nas reivindicações e nos exemplos, referem-se a percentagens em peso e a partes por peso, respectivamente, a menos que se indique outra coisa.
Exemplo 1
Nos testes seguintes a eliminação de água das matérias
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Case 3129
primas foi determinada com o Canadian standard Freeness (CSF) Tester, de acordo com SCAN-C 21-65, após a adição do agente de retenção, contendo grupos aniónicos, e da solução alcalina contendo aluminato. Realizaram-se também alguns testes após a adição de outro ou outros componentes, como o amido de batata anfotérico, um cloreto de poli-alumínio, alúmen e/ou um coloide à base de sílica aniónica. Agitou-se a matéria prima a 800 rpm quando se juntaram os componentes e o tempo de residência de cada componente foi de 45 s para o primeiro e de 30 s para o segundo. Nos testes em que se usaram três componentes, o tempo de residência para o último componente foi de 15 s. A consistência da pasta era de 0,3% em peso em relação à substância seca. Depois da adição dos dois ou três componentes, a matéria prima floculada passou ao analisador CSF e fizeram-se medidas a 35 e 20 s, respectivamente, após a última adição. A água recolhida dá uma medida do efeito de eliminação de água, em ml CSF.
A água recolhida era muito límpida após a adição dos componentes, o que mostra que pelo processo do invento se obteve um bom efeito de retenção de partículas finas pelos flocos de fibras.
A matéria prima consistia em fibras de uma pasta de sulfato, de 60% de madeira branda e 40% de madeira dura, refinada até 200 ml CSF com 30% de terra de porcelana como carga.
O pH da solução que continha aluminato de sódio era de 13,5, lido no medidor de pH.
O cloreto de polialumínio (PAC) usado foi o Ekoflock da Eka Nobel AB na Suécia, com uma basicidade de cerca de 25%, e com um teor em sulfato e em alumínio de cerca de 1,5 e 10% em peso, respectivamente, onde o teor em alumínio foi calculado como Al203. 0 pH da solução que continha o PAC era de cerca de 1,7, lido no medidor de pH.
058
Case 3129
Os amidos usados foram preparados por cozimento a 95°C durante 20 min. A consistência das soluções de amido antes da adição à matéria prima era de 0,5% em peso em todas as experiências.
A Tabela I mostra os resultados dos testes de eliminação de água, onde o aluminato de sódio adicionado à matéria prima foi seguido de várias quantidades de amido natural de batata. A quantidade de aluminato adicionada foi de 1,3 kg, calculado como AI2O3, por tonelada de matéria prima seca, incluindo a carga. As adições de aluminato foram feitas a um pH da matéria prima de
4,2 e 5,0. Para efeitos de comparação apenas se juntou à matéria prima amido natural de batata, a um pH da matéria prima de 4,2 e 5,0. Ainda para comparação, juntaram-se, em duas séries de experiências, cloreto de polialumínio (PAC) e alúmen, a um pH da matéria prima de 4,2, seguidos de amido natural de batata. As quantidades adicionadas de PAC e de alúmen foram de 1,3 kg, calculado como A12O3, por tonelada de matéria prima seca, incluindo a carga. O teor em cálcio foi de 20 mg/1. Antes da adição dos aditivos, o efeito de eliminação de água da matéria prima com carga foi de 295 ml CSF. Os resultados em ml CSF estão indicados na Tabela I.
TABELA I
Amido, kg/ton de matéria prima seca
Aditivos PH 5 10 15
NPS (comp.) 4,2-5,0 255 255 250 ml CSF
AlNa + NPS 4,2 355 435 455 ml CSF
AlNa + NPS 5,0 325 365 370 ml CSF
PAC + NPS (comp.) 4,2 265 265 260 ml CSF
Alúmen + NPS (comp.) 4,2 275 310 310 ml CSF
onde NPS = amido natural de batata
AlNa = aluminato de sódio
PAC = cloreto de polialumínio
Alúmen = sulfato de alumínio
058
Case 3129
Como se pode ver na Tabela I, a adição de aluminato de sódio combinada com a de amido natural de batata, na gama de pH do invento, aumenta a eliminação de água. O efeito de eliminação de água, com o aluminato, melhora quando se aumenta a quantidade de amido adicionado, especialmente a um pH baixo. Além disso, o uso de aluminato e de amido natural de batata é muito mais eficiente do que as combinações de PAC ou de alúmen, com amido natural de batata. Note-se ainda que, a um pH de 4,2, a adição de alúmen e de amido natural de batata significa um efeito reduzido ou essencialmente inalterado na eliminação de água, quando se compara com o efeito de eliminação de água da própria matéria prima.
Exemplo 2
A Tabela II mostra os resultados dos testes de eliminação de água com a mesma matéria prima do Exemplo 1, onde o aluminato de sódio adicionado à matéria prima foi seguido de amido natural de batata. A quantidade de aluminato de sódio adicionada foi de
1,3 kg, calculada como Al203, por tonelada de matéria prima seca incluindo a carga. A quantidade de amido adicionada foi de 15 kg/ton de matéria prima seca, incluindo a carga. As adições de aluminato foram feitas a um pH da matéria prima de 4,2. 0 teor em cálcio foi de 20 e 640 mg/1 de água branca”. Para efeitos de comparação, juntou-se à matéria prima apenas amido natural de batata, a um pH da matéria prima de 4,2. Os resultados, em ml CSF, estão indicados abaixo.
TABELA II
Teor em cálcio, mg/1 de água branca
Aditivos 20 640
Só matéria prima 295 315 ml CSF
NPS (comp.) 250 280 ml CSF
AINa + NPS 455 485 ml CSF
onde NPS = amido natural de batata
AINa = aluminato de sódio
058
Case 3129
Como se pode ver na Tabela II, a adição de aluminato de sódio combinada com a de amido natural de batata, a um pH dentro da gama do invento, aumenta a eliminação de água, a um teor em cálcio tanto de 20 como de 640 mg/1. A eliminação de água é mais eficiente a 640 mg Ca2+/1, o que é uma água muito dura.
Exemplo 3
A Tabela III mostra os resultados dos testes de eliminação de água, onde o aluminato de sódio adicionado à matéria prima foi seguido de amido natural de batata. A matéria prima era a mesma usada no Exemplo 1, excepto em se ter usado como carga 30% de carbonato de cálcio. A quantidade de aluminato de sódio adicionada foi de 1,3 kg, calculada como Al203 por ton de matéria prima seca, incluindo a carga. A quantidade de amido adicionada foi de 15 kg/ton de matéria prima seca, incluindo a carga. As adições de aluminato foram feitas a um pH da matéria prima de 6,5. O teor em cálcio era de 20 e 640 mg/1 de água branca. Para efeitos de comparação juntou-se à matéria prima apenas amido natural de batata a um pH da matéria prima de 6,5. Os resultados em ml CSF estão indicados abaixo.
TABELA III
Teor em cálcio, mg/1 de água branca
Aditivos 20 640
Só matéria prima 320 325 ml CSF
NPS (comp.) 275 280 ml CSF
AlNa + NPS 390 415 ml CSF
onde NPS = amido natural de batata
AlNa = aluminato de sódio
Como se pode ver na Tabela III, a adição de aluminato de sódio combinada com a de amido natural de batata a um pH de 6,5, aumenta a eliminação de água, a um teor de cálcio quer de 20 quer de 640 mg/1.
058
Case 3129
-18Exemplo 4
A Tabela IV mostra os resultados dos ensaios de eliminação de água, onde o aluminato de sódio, amido de batata anfotérico e um coloide à base de sílica aniónica, foram adicionados a uma matéria prima que consistia em fibras branqueadas de uma pasta de sulfato, de 50% de madeira branda e 50% de madeira dura, refinada até 360 ml CSF com 30% de terra de porcelana como carga. O coloide à base de sílica aniónica era um sol de sílica modificada por alumínio, vendido pela Eka Nobel sob o nome comercial BMA-9, com uma área superficial específica de 550 m2/g e um tamanho médio de partículas de 5 nm. As quantidades de amido e de coloide à base de sílica foram de 15 kg/ton de matéria prima seca e de 2 kg/ton de matéria prima seca, respectivamente. A quantidade de aluminato adicionada foi de 1,3 kg, calculada como A12O3 por tonelada de matéria prima seca, incluindo carga. As quantidades de grupos naturais, catiónicos e aniónicos, no amido anfotérico, foram de 0,35% N e 0,08% P, respectivamente. As adições de aluminato foram feitas a um pH da matéria prima de 4,1. 0 teor em cálcio foi de 20, 160 e 640 mg/1 de água branca. Para efeitos de comparação, juntaram-se à matéria prima, cloreto de polialumínio, amido anfotérico de batata e o coloide à base de sílica aniónica. A adição de PAC foi feita a um pH da matéria prima de 4,1. Os resultados, em ml CSF, estão indicados abaixo.
TABELA IV
Teor em cálcio, mg/1 de água branca
Aditivos 20 160 640
Só matéria prima 450 475 480 ml CSF
AlNa + APS 620 600 590 ml CSF
APS + AlNa 515 535 535 ml CSF
AlNa + APS + BMA 645 630 610 ml CSF
BMA + APS + AlNa 555 550 540 ml CSF
PAC + APS + BMA (Comp.) 520 525 --- ml CSF
onde AlNa = aluminato de sódio
058
Case 3129
-19APS = amido anfotérico de batata
BMA = coloide de base de sílica aniónica
PAC = cloreto de polialumínio
Como se pode ver na Tabela IV, a adição de aluminato de sódio e de amido anfotérico de batata aumenta consideravelmente o efeito de eliminação de água, especialmente se o aluminato for adicionado primeiro. Quando se junta o coloide à base de sílica aniónica, o efeito é ainda mais aumentado, especialmente se o coloide for adicionado como último componente. Note-se ainda que o uso do aluminato com o amido anfotérico de batata e o coloide à base de sílica, é muito mais eficiente do que as combinações de PAC com o amido anfotérico de batata e o coloide à base de sílica. 0 efeito de eliminação de água é apenas ligeiramente reduzido à medida que aumenta o teor em cálcio.
Exemplo 5
A Tabela V mostra os resultados dos testes de retenção, onde se juntam, à mesma matéria prima usada no Exemplo 4, aluminato de sódio, amido anfotérico de batata e um coloide à base de sílica aniónica. A retenção da carga foi determinada com um modelador de retenção de folhas (retention sheet former”), criado para determinar a retenção total e retenção de cargas, na indústria do papel, no ’’Centre Technique de 1'Industrie des Papiers, Cartons et Celluloses (CTP), Grenoble, França. 0 tempo de contacto entre a matéria prima e o primeiro, segundo e terceiro aditivos adicionados, foi o mesmo que para as experiências de eliminação de água. Quando se juntaram os aditivos, a matéria prima foi agitada a 1200 rpm para simular as forças de corte que ocorrem numa máquina de papel. A quantidade de amido adicionada foi de 8 e 12 kg/ton de matéria prima seca. O coloide baseado em sílica aniónica foi o mesmo usado no Exemplo 4. A quantidade de coloide baseado em sílica foi de 2 kg/ton de matéria prima seca. A quantidade de aluminato adicionada foi de 0,4 kg, calculada como AI2O3 por ton de matéria prima seca, incluindo cargas. A quantidade de grupos naturais catiónicos e aniónicos no amido anfotérico foi de 0,35% N e 0,08% P, respectivamente. As adições de aluminato foram
058
Case 3129
feitas a um pH da matéria prima entre 4 e 4,5. Depois das adições, o pH da matéria prima era de 5,5. 0 teor em cálcio era de 80 mg/1 de água branca. Para efeitos de comparação, juntou-se à matéria prima apenas amido anfotérico, a um pH da matéria prima entre 4 e 4,5. A retenção da carga apenas com a matéria prima foi de 17%. Os resultados dos testes de retenção da carga encontram-se indicados em % na Tabela V.
TABELA V
Aditivos
Amido, kg/ton de matéria prima seca
APS (comp.)
AINa + APS
64%
77%
62%
79%
AINa + APS + BMA
85%
90% onde AINa = aluminato de sódio
APS = amido anfotérico de batata
BMA = coloide baseado em sílica aniónica
Como se pode ver na Tabela V, a adição de aluminato de sódio, antes da adição do amido anfotérico de batata, aumenta consideravelmente o grau de retenção. Quando se junta o coloide aniónico o efeito é ainda mais aumentado.
Exemplo 6
A Tabela VI mostra os resultados dos testes de retenção quando se junta aluminato de sódio e poliacrilamidas aniónicas à mesma matéria prima usada no Exemplo 4. A retenção de cargas foi determinada com um modelador de retenção de folha, no CTP em Grenoble, França. O tempo de contacto entre a matéria prima e o primeiro e segundo aditivos foi o mesmo que nas experiências de eliminação de água. Quando se juntaram os aditivos, agitou-se a matéria prima a 1200 rpm. As quatro poliacrilamidas usadas tinham as seguintes características:
058
Case 3129
Designação Massa molecular aniónica
APAM1 15 000 000 10
APAM2 7 000 000 10
APAM3 15 000 000 34
APAM4 7 000 000 34
A quantidade de poliacrilamida adicionada foi de 1,2 kg/ton de matéria prima seca. A quantidade de aluminato adicionada foi de 1,3 kg, calculada como A12O3 por ton de matéria prima seca, incluindo cargas. O pH da matéria prima, antes e depois da adição de aluminato, foi de cerca de 4 e 5,5, respectivamente. 0 teor em cálcio na água branca foi de 80 mg/1. Para efeitos de comparação, realizaram-se experiências onde se juntaram à matéria prima apenas as poliacrilamidas aniónicas, a um pH de cerca de 5,5. Ainda para comparação, juntaram-se à matéria prima cloreto de polialumínio e uma das poliacrilamidas aniónicas. 0 pH da matéria prima, antes e depois da adição de PAC, foi de cerca de 6 e 5,5, respectivamente. A retenção de cargas, apenas com a matéria prima, foi de 21%. Os resultados dos testes de retenção de cargas, em %, estão indicados abaixo.
TABELA VI
Aditivos
Retenção de cargas, %
--- + APAM1 (comp.)65
AlNa + APAM183
--- + APAM2 (comp.)57
AlNa + APAM270
--- + APAM3 (comp.)54
AlNa + APAM377
--- + APAM4 (comp.)56
AlNa + APAM478
PAC + APAM4 (comp.)47 onde AlNa = aluminato de sódio
APAM = poliacrilamida aniónica
PAC = cloreto de polialumínio
Como se pode ver na Tabela VI, a adição de aluminato e poliacrilamida, segundo o invento, aumenta a retenção de cargas. 0
058
Case 3129
uso de aluminato com poliacrilamidas é também muito mais eficiente do que as combinações de PAC com poliacrilamidas.
Exemplo 7
A Tabela VII mostra os resultados de testes de eliminação de água, onde se juntaram à matéria prima usada no Exemplo 4 aluminato de sódio e poliacrilamidas aniónicas, com a excepção de a matéria prima ter sido refinada até 200 ml CSF, antes da adição da terra de porcelana. Usaram-se também as três poliacrilamidas do Exemplo 6, designadas do mesmo modo. A quantidade de aluminato de sódio adicionada foi de 1,3 kg, calculada como A12O3 por ton de matéria prima seca, incluindo cargas. 0 pH da matéria prima, antes e depois da adição do aluminato, foi de cerca de 4 e 5,5, respectivamente. o teor em cálcio foi de 80 mg/1 de água branca. O efeito de eliminação de água da matéria prima, antes da adição de aditivos, foi de 275 ml CSF. Testes comparativos, onde as poliacrilamidas aniónicas foram adicionadas sem aluminato, mostraram que o efeito de eliminação de água diminuía ou permanecia essencialmente inalterado. Os resultados em ml CSF estão indicados abaixo.
TABELA VII
Aditivos Poliacrilamida, kg/ton de matéria prima seca
0,4 0,8 1,2
AINa + APAM1 335 495 655 ml CSF
AINa + APAM2 320 395 435 ml CSF
AINa + APAM3 300 365 610 ml CSF
onde AINa = aluminato de sódio
APAM - poliacrilamida aniónica
Como se pode ver na Tabela VII, a adição de aluminato e poliacrilamido, segundo o invento, aumenta consideravelmente o efeito de eliminação de água.
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Case 3129
-23Exemplo 8
A Tabela VIII mostra os resultados de testes de eliminação de água onde se juntaram aluminato de sódio e poliacrilamidas anfotéricas à matéria prima usada no Exemplo 7. A quantidade de aluminato de sódio adicionada foi de 1,3 kg, calculada como AI2O3 por ton de matéria prima seca, incluindo cargas. A massa molecular das duas poliacrilamidas anfotéricas, designadas por AMPAM1 e AMPAM2, foi de 14 000 000 e 19 000 000 , respectivamente. Para ambas as poliacrilamidas, o grau de substituição aniónica e catiónica foi de 10% e 35%, respectivamente. O pH da matéria prima, antes e depois da adição de aluminato, foi de 4,5 e 5,5, respectivamente. O teor em cálcio da água branca foi de 80 mg/1. O efeito de eliminação de água da matéria prima, antes da adição dos componentes segundo o invento, foi de 295 ml CSF.
TABELA VIII
Aditivos Poliacrilamida, kg/ton de matéria prima seca
0,4 0,8 1,2 1,6
AMPAM1 (comp.) 300 330 360 --- ml CSF
AINa + AMPAM1 360 450 495 565 ml CSF
AMPAM2 (comp.) 305 325 345 350 ml CSF
AINa + AMPAM2 375 465 500 525 ml CSF
onde AINa = aluminato de sódio
AMPAM = poliacrilamida anfotérica
Como se pode ver na Tabela VIII, a adição de aluminato e poliacrilamida anfotérica, segundo o invento, aumenta o efeito de eliminação de água.

Claims (10)

  1. REIVINDICACÕES
    1 - Processo de fabrico de papel sobre uma tela metálica por formação e eliminação de água de uma matéria prima (stock) de fibras contendo lenhocelulose e cargas opcionais, caracterizado por se adicionar, à matéria prima, um agente de retenção contendo grupos aniónicos, onde o referido agente de retenção se baseia num polissacárido ou é um polímero à base de acrilamida, e uma solução alcalina de um aluminato, tendo a matéria prima, antes da adição do aluminato, um pH na gama de cerca de 3 a cerca de 7.
  2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o agente de retenção contendo grupos aniónicos ser à base de um polissacárido.
  3. 3 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o agente de retenção contendo grupos aniónicos ser um amido aniónico.
  4. 4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o agente de retenção contendo grupos aniónicos ser um polímero à base de acrilamida.
  5. 5 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a quantidade de polissacárido adicionada se encontrar na gama de cerca de 0,05 a cerca de 10 por cento em peso, com base nas fibras secas e cargas opcionais.
  6. 6 - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado por a quantidade de polímero à base de acrilamina adicionada se encontrar na gama de cerca de 0,002 a cerca de 3 por cento em peso, com base nas fibras secas e cargas opcionais.
  7. 7 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o teor em iões cálcio na água branca ser de, pelo menos, cerca de 50 mg Ca2+/litro.
  8. 8 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado
    74 058
    Case 3129 por o aluminato ser adicionado a um pH da matéria prima na gama de 3,5 a 7.
  9. 9 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a adição do agente de retenção à matéria prima ser feita em separado da adição do aluminatò à referida matéria prima.
  10. 10 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o aluminato ser adicionado à matéria prima menos do que cerca de 5 minutos antes da matéria prima entrar na tela metálica para formar o papel.
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