PT1456469E

PT1456469E - Composição contendo sílica aquosa e processo a produção de papel

Info

Publication number: PT1456469E
Application number: PT2793739T
Authority: PT
Inventors: Hans Johansson-Vestin; Johan Nyander; Jan Nordin; Annika Viola Pal
Original assignee: Akzo Nobel Nv
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2014-06-05
Also published as: MXPA04005979A; PL209755B1; RU2264492C2; RU2004122418A; CA2470789C; ZA200404078B; NO337087B1; CA2470789A1; AU2002359217A1; CN1633533A; ES2464573T3; NO20043111L; WO2003056100A1; EP1456469A1; KR20040068318A; EP1456469B1; AU2002359217B2; JP2005513301A; BR0215229A; BR0215229B1

Description

DESCRIÇÃO

"COMPOSIÇÃO CONTENDO SÍLICA AQUOSA E PROCESSO A PRODUÇÃO DE PAPEL" A presente invenção refere-se a um processo para a produção de papel a partir de uma suspensão contendo fibras celulósicas, compreendendo adicionar, pelo menos, um polímero orgânico catiónico e uma composição contendo sílica aquosa compreendendo um condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas aniónicas à base de sílica. A invenção refere-se, ainda, a uma composição contendo sílica aquosa e a métodos para a preparação da composição contendo sílica aquosa e a utilizações da composição contendo sílica aquosa.

Antecedentes da Invenção

Na técnica de fabrico de papel, uma suspensão aquosa contendo fibras celulósicas e, opcionalmente, cargas e aditivos, referida como pasta em suspensão, é alimentada num caixa de entrada que ejecta a pasta em suspensão num fio formador. A água é drenada a partir da pasta em suspensão através do fio formador, de modo a que uma folha bruta de papel seja formada e desidratada no fio. A folha de papel é depois seca na secção de secagem da máquina de papel. Os auxiliares de drenagem e retenção são introduzidos convencionalmente na pasta em suspensão de modo a facilitar a drenagem e para aumentar a adsorçao de partículas finas sobre as fibras celulósicas para as reter com as fibras no fio. 1 0 documento U.S. 4388150 divulga um aglutinante no fabrico de papel, compreendendo um complexo de amido catiónico e ácido silicico coloidal para produzir um papel que tem resistência aumentada e níveis melhorados de retenção de minerais adicionados e de finos de fabrico de papel. 0 documento U.S. 4750974 divulga um aglutinante coarcervado para utilização no fabrico de papel, compreendendo uma combinação terciária de um amido catiónico, um polímero aniónico de elevado peso molecular e uma sílica dispersada. O documento U.S. 5368833 divulga soluções coloidais contendo partículas de sílica modificadas com alumínio, com elevada área superficial específica e um elevado teor de microgel. O documento U.S. 6083997 divulga nano-compósitos aniónicos que são preparados por adição de um polielectrólito a uma solução de silicato e, depois, a sua combinação com ácido silicico. Os nano-compósitos apresentam desempenho de retenção e drenagem no fabrico de papel. O documento EP 0418015 AI divulga uma composição activa de colagem interna contendo uma emulsão aquosa em combinação com um dispersante ou emulsionante aniónico. Através da utilização de poliacrilamida aniónica, amido aniónico ou sílica coloidal, a densidade de carga aniónica da composição de colagem interna pode ser alargada. O documento U.S. 4443496 refere-se a um método para modificar uma camada superficial de cimento endurecido ou substratos, com utilização do agente que compreende numa razão especificada de uma solução de silicato alcalino e de um condensado de formaldeído e naftalenossulfonato de sódio. 2 0 documento U.S. 4559241 refere-se a uma solução aquosa de silicato de metal alcalino e nitrito. A solução pode também conter aditivos, tal como condensado de formaldeido com naftalenossulfonato. 0 documento U.S. 5595629 refere-se a um processo de fabrico de papel, compreendendo adicionar à suspensão um polímero aniónico e um polímero catiónico de modo a aumentar a retenção e/ou a desidratação. 0 polímero aniónico compreende um condensado de formaldeido de sal do ácido naftalenossulfónico com uma gama de peso molecular de 500 a 120000. O documento U.S. 6033524 divulga um método para aumentar a retenção e drenagem de componentes de carga de uma massa de matéria-prima de fabrico de papel, num processo de fabrico de papel, compreendendo adicionar à massa de matéria-prima uma suspensão de componentes de carga, também contendo um intensificador fenólico. O documento U.S. 4772332 refere-se a uma suspensão termoestabilizada de pigmento de caulino em bruto, que é preparada por mistura de um material catiónico hidrossolúvel com pigmento de argila de caulino na presença de água. O documento U.S. 5733414 refere-se a um processo para o fabrico de papel a partir de uma suspensão celulósica, compreendendo adicionar um polímero catiónico hidrossolúvel e uma resina de condensado de formaldeido hidrossolúvel. O documento U.S. 5110414 divulga um processo para fabricar produtos de material lenhocelulósico e melhorar as suas características de resistência e resistência à água, sendo 3 adicionados ao material derivados de lenhina de elevada massa molar.

Seria vantajoso ser capaz de proporcionar auxiliares de drenagem e retenção com desempenho melhorado. Seria também vantajoso ser capaz de proporcionar auxiliares de retenção e drenagem com boa estabilidade de armazenamento. Seria ainda vantajoso ser capaz de proporcionar um processo de fabrico de papel com desempenho melhorado de drenagem e/ou retenção. A Invenção

De acordo com a presente invenção, foi inesperadamente, verificado que um efeito melhorado de drenagem e/ou retenção de uma suspensão celulósica num fio pode ser obtido através da utilização de uma composição contendo sílica aquosa compreendendo condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica. A presente invenção torna possível aumentar a velocidade da máquina de papel e utilizar uma dosagem mais baixa de aditivos, para produzir um efeito correspondente de drenagem e/ou retenção, conduzindo assim a um processo melhorado de fabrico de papel e a benefícios económicos.

Os termos "auxiliares de drenagem e retenção", como aqui utilizados, referem-se a um ou mais componentes que, quando adicionados a uma suspensão celulósica aquosa, produzem melhor drenagem e/ou retenção do que aquela obtida quando não se adiciona o referido componente ou mais. Todos os tipos de pastas em suspensão, em particular pastas em suspensão que têm teores elevados de sais (elevada condutividade) e de substâncias coloidais irão obter melhores desempenhos de drenagem e retenção 4 através da adição da composição de acordo com a presente invenção. Os desempenhos melhorados de drenagem e retenção são importantes em processos de fabrico de papel, por exemplo, em processos com um grau elevado de confinamento de água branca, i. e., extensa reciclagem de água branca e fornecimento limitado de água fresca.

De acordo com a presente invenção, é proporcionado um processo para a produção de papel a partir de uma suspensão contendo fibras celulósicas e, opcionalmente, cargas, compreendendo adicionar à suspensão, pelo menos, um polimero orgânico catiónico e uma composição contendo silica aquosa compreendendo um condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato, que tem uma condutividade de menos de 20 mS/cm e partículas aniónicas à base de silica, tendo a composição uma razão em peso de condensado de formaldeido e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculada como S1O2, dentro da gama desde 0,2:1 a 90:1 e contendo condensado de formaldeido e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como SÍO2, numa quantidade de, pelo menos, 0,01% em peso, com base no peso total da composição contendo sílica aquosa e em que a composição contém menos ou igual a 10% em peso de agente de colagem interna reactivo a celulose. É proporcionada, ainda, uma composição contendo sílica aquosa compreendendo um condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato, que tem uma condutividade de menos de 20 mS/cm e partículas aniónicas à base de sílica compreendendo partículas à base de sílica agregadas ou formadas em microgel, tendo a composição uma razão em peso de condensado de formaldeido e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculado como Si02, dentro da gama desde 0,2:1 a 90:1 e 5 contendo condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como SÍO2, numa quantidade de, pelo menos, 0,01% em peso, com base no peso total da composição contendo sílica aquosa e em que a composição contêm menos ou igual a 10% em peso de agente de colagem interna reactivo a celulose. É proporcionado, ainda, um método para a preparação de uma composição contendo sílica aquosa, que compreende misturar na presença de menos ou igual a 10% em peso de agente de colagem interna reactivo a celulose, um condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato com uma solução coloidal à base de sílica estabilizada com alcali aquoso que tem um valor S na gama desde cerca de 5 até cerca de 50% contendo partículas aniónicas à base de sílica agregadas ou formadas em microgel, para proporcionar uma composição contendo sílica aquosa que tem uma razão em peso de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica dentro da gama desde 0,2:1 a 90:1 e contendo condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como S1O2, numa quantidade de, pelo menos, 0,01% em peso. 0 processo para a produção de papel, de acordo com a presente invenção, compreende adicionar à suspensão, pelo menos, um polímero orgânico catiónico e uma composição contendo sílica aquosa compreendendo condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica. A expressão "condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato", como aqui utilizada, representa um grupo de polímeros obtidos por polimerização de condensação de formaldeído com um ou mais ácidos naftalenossulfónicos ou seus sais. 6 0 condensado de formaldeído e naftalenossulfonato pode ser feito reagir com uma base, tal como hidróxidos de metal alcalino e alcalino-terroso, e. g., hidróxido de sódio, amónia ou uma amina, e. g., trietilamina, formando, assim, um contra-ião de metal alcalino, alcalino-terroso ou amónio. 0 condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato tem um peso molecular de, pelo menos, cerca de 500, apropriadamente desde cerca de 1000. O limite superior não crítico podendo ser até 1000000, geralmente até 300000, apropriadamente até 150000 e, de um modo preferido, até 60000. A composição contendo sílica aquosa, utilizada no processo de acordo com a invenção, compreende também partículas aniónicas à base de sílica, i. e., partículas à base de SÍO2, de um modo preferido, formadas por polimerização de ácido silícico, abrangendo homopolímeros e copolímeros. Opcionalmente, as partículas à base de sílica podem ser modificadas e conter outros elementos, e. g., amina, alumínio e/ou boro, os quais podem estar presentes na fase aquosa e/ou nas partículas à base de sílica.

Os exemplos de partículas à base de sílica adequadas incluem sílica coloidal, sílica modificada com alumínio coloidal ou silicato de alumínio e tipos diferentes de ácido polissilícico e suas misturas, isoladamente ou em combinação com outros tipos de partículas aniónicas à base de sílica. Na técnica, o ácido polissilícico é também referido como ácido silícico polimérico, ácido polissilícico em microgel, polissilicato e microgel de polissilicato, os quais estão todos abrangidos pela expressão ácido polissilícico aqui utilizada. Os compostos contendo alumínio deste tipo são geralmente referidos como polialuminossilicato e microgel de polialuminossilicato 7 incluindo sílica modificada com alumínio coloidal e silicato de alumínio. É preferido que as partículas aniónicas à base de sílica estejam na gama coloidal de tamanho de partícula, i. e., partículas à base de sílica coloidal. Este estado coloidal compreende partículas suficientemente pequenas para não serem afectadas por forças gravitacionais, mas suficientemente grandes para não apresentarem desvio acentuado das propriedades de soluções típicas, i. e., tamanho de partícula médio significativamente menor que 1 pm. As partículas aniónicas à base de sílica têm um tamanho de partícula médio apropriadamente abaixo de cerca de 50 nm, de um modo preferido, abaixo de cerca de 20 nm e, de um modo mais preferido, na gama desde cerca de 1 a cerca de 50 nm, de um modo muito preferido, desde cerca de 1 nm até cerca de 10 nm. Como convencional na química da sílica, o tamanho de partícula refere-se ao tamanho médio das partículas primárias, as quais podem estar agregadas ou não agregadas. Apropriadamente, as partículas à base de sílica presentes na composição contendo sílica aquosa da invenção compreendem partículas à base de sílica agregadas ou formadas em microgel, opcionalmente e geralmente em combinação com partículas à base de sílica não agregadas ou monodispersas.

Apropriadamente, as partículas à base de sílica têm uma área superficial específica maior que 50 m2/g, de um modo preferido, maior que 100 m2/g. A área superficial específica pode ser até 1700 m2/g, de um modo preferido, até 1300 m2/g e, geralmente, dentro da gama desde 300 a 1300 m2/g, de um modo preferido, desde 500 a 1050 m2/g. A área superficial específica pode ser medida por meio de titulação com NaOH de acordo com o método descrito por Sears, Analytical Chemistry 28(1958), 12, 1981-1983 ou na patente U.S. N° 5176891. A área dada representa assim a área superficial específica média das partículas. A composição contendo sílica aquosa, utilizada no processo de acordo com a invenção, tem uma razão em peso de condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas aniónicas à base de sílica, calculada como S1O2, dentro da gama desde 0,2:1 a 90:1, de um modo preferido, desde 0,25:1 a 85:1. O peso total do condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas aniónicas à base de sílica, calculado como SÍO2, contido na composição contendo sílica aquosa é, pelo menos, 0,01% em peso, calculado no peso total da composição contendo sílica aquosa, apropriadamente, a concentração do condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato e das partículas aniónicas à base de sílica, calculada como Si02, está dentro da gama de 1 a 45% em peso, de um modo preferido, dentro da gama de 2 a 35% em peso, de um modo muito preferido, de 5 a 30% em peso. A composição contendo sílica aquosa pode ter uma densidade de carga aniónico de, pelo menos, 0,1 meq/g, geralmente, a carga está dentro da gama de 0,1 a 6 meq/g, apropriadamente dentro da gama de 0,1 a 5 meq/g. De um modo preferido, dentro da gama de 0,2 a 4 meq/g, e, de um modo muito preferido, de 0,2 a 3,5 meq/g. A composição contendo sílica aquosa, de acordo com a invenção, contém menos ou igual a 10% em peso, apropriadamente menos de 5%, de um modo preferido, menos de 1% em peso do agente de colagem interna reactivo a celulose. De um modo muito preferido, não existe agente de colagem interna reactivo a celulose na composição contendo sílica aquosa. 9

De acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção, a composição contendo sílica aquosa não contém substancialmente quaisquer nitritos. Por "não contém substancialmente" significa menos ou igual a 10% em peso, apropriadamente, menos de 5%, de um modo preferido, menos de 1% em peso de nitritos estão presentes na composição contendo sílica aquosa. De um modo muito preferido, não existe qualquer agente de colagem interna reactivo a celulose na composição contendo sílica aquosa, i. e., a composição está livre de nitritos. O termo "nitritos" abrange todos os nitritos, tais como nitritos de amónio, lítio, potássio, sódio, cálcio e magnésio. A presente invenção refere-se, ainda, a um método para a preparação de uma composição contendo sílica aquosa. Os dois componentes são, de um modo preferido, agitados conjuntamente. O condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato pode ser adicionado a uma solução coloidal aquosa contendo as partículas à base de sílica ou as partículas à base de sílica podem ser adicionadas a uma solução aquosa de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato. Antes de misturar o condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato com as partículas à base de sílica, a solução aquosa de condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato pode ser desalinizada ou desionizada. A desalinização ou desionização pode ser realizada com diálise, filtração de membrana, ultra-filtração, osmose reversa ou permuta iónica ou semelhantes. É preferido que a desalinização ou desionização seja realizada através da utilização de ultra-filtração ou diálise. O condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato para ser misturado com as partículas à base de sílica tem as 10 propriedades previamente mencionadas e tem uma condutividade de menos de 20 mS/cm e, de um modo muito preferido, menos de 15 mS/cm, medida a um teor de condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato de 10%. A condutividade é geralmente, pelo menos, 1 mS/cm, apropriadamente, pelo menos, 3 mS/cm e, de um modo preferido, dentro da gama desde 5 a 15 mS/cm, medida num teor de condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato de 10%.

As partículas à base de sílica, de um modo preferido, aniónicas, para serem misturadas com o condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato têm as propriedades previamente mencionadas. Apropriadamente, as partículas à base de sílica estão contidas numa solução coloidal, de um modo preferido, estabilizada com alcali, antes de misturar com condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato. A solução coloidal pode ter um valor S na gama desde 5 a 50%, de um modo preferido, desde 8 a 45% e, de um modo muito preferido, desde 10 a 30%. O cálculo e a medição do valor S podem ser realizados como descrito por Iler & Dalton em J. Phys. Chem. 60 (1956), 955-957. O valor S indica o grau de agregado ou de formação de microgel e um valor S inferior é indicativo de um grau superior de agregação. Apropriadamente, as partículas à base de sílica compreendem partículas à base de sílica agregadas ou formadas em microgel, opcionalmente e geralmente, em combinação com partículas à base de sílica não agregadas ou monodispersas.

Apropriadamente, as partículas à base de sílica têm uma razão molar Si20:Na20 menor de 60, geralmente dentro da gama 5 a 60 e, de um modo preferido, dentro da gama desde 8 a 55. 11 0 condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato é geralmente misturado com partículas à base de sílica numa razão em peso dentro de uma gama desde 0,2:1 a 99:1, apropriadamente desde 0,2:1 a 90:1, de um modo preferido, desde 0,25:1 a 85:1.

Os produtos preparados através de quaisquer destes métodos apresentam uma estabilidade de armazenamento melhorada e, deste modo, um melhor desempenho de auxílio de drenagem e retenção quando armazenados. O processo de mistura de métodos mencionados acima é apropriadamente realizado na presença de substancialmente nenhum agente de colagem interna reactivo a celulose. Por substancialmente nenhum significa que menos ou igual a 10% em peso, apropriadamente, menos de 5%, de um modo preferido, menos de 1% em peso do agente de colagem interna reactivo a celulose estão presentes. De um modo muito preferido, não existe nenhum agente de colagem interna reactivo a celulose presente. A presente invenção refere-se, ainda, a um processo para a produção de papel a partir de uma suspensão aquosa contendo fibras celulósicas. O processo compreende adicionar à suspensão um polímero orgânico catiónico e a composição contendo sílica aquosa da invenção. O polímero orgânico catiónico de acordo com a invenção pode ser linear, ramificado ou reticulado. De um modo preferido, o polímero catiónico é hidrossolúvel ou hidro-dispersível.

Os exemplos de polímeros catiónicos adequados incluem polímeros orgânicos sintéticos, e. g., polímeros de crescimento em passo e polímeros de crescimento em cadeia, e polímeros derivados de fontes naturais, e. g., polissacáridos. 12

Os exemplos de polímeros orgânicos sintéticos catiónicos adequados incluem polímeros de adição de vinilo, tais como polímeros à base de acrilato e acrilamida, assim como poli(cloreto de dialildimetilamónio) catiónico, polietilenoiminas catiónicas, poliaminas catiónicas, poliamidoaminas e polímeros à base de vinilamida, resinas de melamina-formaldeído e ureia-formaldeído.

Os exemplos de polissacáridos adequados incluem amidos, goma de guar, celulose, quitinas, quitosanos, glicanos, galactanas, glucanos, goma de xantana, pectinas, mananas, dextrinas, de um modo preferido, amidos e goma de guar. Os exemplos de amidos adequados incluem batata, milho, trigo, tapioca, arroz, milho ceroso, cevada, etc.

Os amidos catiónicos e os polímeros catiónicos à base de acrilamida são polímeros preferidos de acordo com a invenção e podem ser utilizados isoladamente, conjuntamente uns com os outros, ou conjuntamente com outros polímeros, são particularmente preferidos amidos catiónicos e polímeros catiónicos à base de acrilamida que têm, pelo menos, um grupo aromático.

Os polímeros orgânicos catiónicos podem ter um ou mais grupos hidrófobos ligados a eles. Os grupos hidrófobos podem ser grupos aromáticos, grupos compreendendo grupos aromáticos ou grupos não aromáticos, de um modo preferido, os grupos hidrófobos compreendem grupos aromáticos. 0 grupo hidrófobo pode estar ligado a um heteroátomo, e. g., azoto ou oxigénio, estando opcionalmente o azoto carregado, cujo o heteroátomo, por sua vez, pode ser ligado à estrutura básica do polímero, por exemplo, através de uma cadeia de átomos. 0 grupo hidrófobo pode ter, pelo menos, 2 e geralmente, pelo menos, 3 átomos de 13 carbono, apropriadamente, desde 3 a 12 e, de um modo preferido, desde 4 a 8 átomos de carbono. 0 grupo hidrófobo é apropriadamente, uma cadeia de hidrocarboneto.

As dosagens adequadas contadas como substâncias secas com base em pasta seca e carga opcional, do polímero catiónico no sistema são desde 0,01 a 50 kg/t (kg/tonelada, "tonelada métrica"), de um modo preferido, desde 0,1 a 30 kg/t e, de um modo muito preferido, desde 1 a 15 kg/t.

As dosagens adequadas contadas como substâncias secas com bases em pasta seca e carga opcional, da composição contendo sílica aquosa definida acima no sistema são desde 0,01 a 15 kg/t, de um modo preferido, desde 0,01 a 10 kg/t calculadas como um condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas aniónicas à base de sílica e, de um modo muito preferido, desde 0,05 a 5 kg/t.

As cargas minerais adequadas de tipos convencionais podem ser adicionadas à suspensão celulósica aquosa de acordo com a invenção. Os exemplos de cargas adequadas incluem caulino, argila de china, dióxido de titânio, gesso, talco e carbonatos de cálcio naturais e sintéticos, tais como giz, mármore moído e carbonato de cálcio precipitado (PCC).

Aditivos adicionais que são convencionais no fabrico de papel podem ser naturalmente utilizados em combinação com os produtos químicos de acordo com a invenção, por exemplo, fixadores de lixo aniónico (ATC), agentes de resistência em húmido, agentes de resistência em seco, agentes de branqueamento óptico, corantes, compostos de alumínio, etc. Os exemplos de compostos adequados de alumínio incluem alúmen, aluminatos, cloreto de alumínio, nitrato de alumínio e compostos de 14 polialumínio, tais como cloretos de polialumínio, sulfatos de polialumínio, compostos de polialumínio contendo iões cloreto e/ou sulfato, sulfatos de silicato de polialumínio e suas misturas. Os compostos de polialumínio podem também conter outros aniões para além de iões cloreto, por exemplo, aniões a partir de ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ou ácidos orgânicos, tais como ácido cítrico e ácido oxálico. Ao utilizar um composto de alumínio no presente processo, é geralmente preferido adicioná-lo à pasta em suspensão antes do componente polimérico e de material em micro ou nano partículas. Os níveis de adição adequados de compostos contendo alumínio são, pelo menos, 0,001 kg/t, de um modo preferido, desde 0,01 a 5 kg/t e, de um modo mais preferido, desde 0,05 a 1 kg/t, calculados como AI2O3 com base em pasta seca e carga opcional.

Os exemplos de fixadores de lixo aniónico adequados incluem poliaminas catiónicas, polímeros ou copolímeros de aminas quaternárias ou compostos contendo alumínio. O processo desta invenção é utilizado para a produção de papel. O termo "papel", como aqui utilizado, inclui não apenas papel e a sua produção, mas também outros produtos de tipo folha bruta, tais como, por exemplo, cartão e papelão, e a sua produção. A invenção é particularmente útil no fabrico de papel que tem gramagens abaixo de 150 g/m2, de um modo preferido, abaixo de 100 g/m2, por exemplo, papel fino, papel de jornal, papel revestido de baixo peso, papel super-calandrado e papel absorvente. O processo pode ser utilizado na produção de papel a partir de todos os tipos de pasta em suspensão, contendo madeira e sem madeira. Os diferentes tipos de suspensões de fibras contendo celulose e as suspensões devem conter, apropriadamente, pelo 15 menos, 25% em peso e, de um modo preferido, pelo menos, 50% em peso de tais fibras, com base em substância seca. As suspensões compreendem fibras de pasta química, tais como pastas de sulfato, sulfito e organosolv contendo madeira ou pasta mecânica, tais como pasta termomecânica, pasta quimiotermomecânica, pasta de refinador e pasta mecânica de desfibrador, a partir de folhosas e resinosas, e podem também ser baseadas em fibras recicladas, opcionalmente a partir de pastas descoradas, e suas misturas. De um modo preferido, a pasta em suspensão é uma pasta em suspensão contendo madeira que tem teores elevados de sais e deste modo elevada condutividade.

Os produtos químicos, de acordo com a presente invenção, podem ser adicionados à suspensão celulósica aquosa ou pasta em suspensão, de modo convencional e em qualquer ordem. É geralmente preferido adicionar o polímero catiónico à pasta em suspensão antes de adicionar a composição contendo sílica aquosa, mesmo que a ordem oposta de adição possa ser utilizada. É ainda preferido adicionar o polímero catiónico antes que uma fase de cisalhamento, que pode ser seleccionada de bombeamento, mistura, limpeza, etc., e adicionar a composição contendo sílica aquosa após essa fase de cisalhamento. A composição contendo sílica aquosa pode ser utilizada como um agente de floculação no tratamento de água para a produção de água potável ou como um tratamento ambiental de águas, por exemplo, em lagos. A composição pode também ser utilizada como agente de floculação no tratamento de água residual ou de lamas residuais. A invenção é ainda ilustrada nos seguintes exemplos que não pretendem limitar o seu âmbito. Partes e % referem-se a partes em peso e % em peso, respectivamente, e todas as soluções são 16 aquosas, salvo referência em contrário. As unidades sao métricas.

Exemplo 1

As amostras de teste das composições contendo sílica aquosa de acordo com a invenção foram preparadas por mistura de uma solução aquosa de condensado de formaldeido e naftalenossulfonato (NSF) com uma solução coloidal de sílica contendo partículas à base de sílica em dosagens diferentes sob agitar moderada. Amostras de referência foram também preparadas sob a mesma condição que as amostras de teste. Uma amostra de NSF foi ultra-f iltrada e o produto obtido (NSF I) tinha uma concentração de 12% em peso e as amostras foram diluídas a uma concentração de 5% em peso e tinham uma condutividade de 12 mS/cm. Outra amostra de NSF foi dializada e o produto obtido (NSF II) tinha uma concentração de 12% em peso e as amostras foram diluídas a uma concentração de 5% em peso e tinha uma condutividade de 12 mS/cm. As amostras não tratadas de NSF (NSF III) foram diluídas a uma concentração de 5% em peso e tinham uma condutividade de 25 mS/cm. Todas as condutividades nos Exemplos foram medidas a uma concentração de 10% em peso de NSF. As sílicas utilizadas nos seguintes Exemplos estão todas definidas abaixo na Tabela 1. 17

Tabela 1 Sílica I Solução coloidal de sílica do tipo descrito no documento U.S. 5447604, que tem uma razão molar

SiC>2:Na20 de 10, área superficial específica de 870 m2/g, valor S de 35% e teor de sílica de 10,0% em peso. Sílica II Solução coloidal de sílica do tipo descrito no documento U.S. 5603805, que tem uma razão molar

Si02:Na2<0 de 45, área superficial específica de 850 m2/g, alumínio modificado com aluminato de sódio até um grau de 0,25% de A1203, valor S de 20% e teor de sílica de 8,0% em peso. Sílica III Solução coloidal de sílica do tipo descrito no documento U.S. 6083997, que tem uma razão molar

SiC>2/Na20 de 17 obtida por mistura de vidro aquoso que tem uma razão molar SiC>2:Na20 de 3,4, um teor de sílica de 15% em peso com ácido polissilícico (PSA), tendo um teor de sílica de 6,0% em peso.

Exemplo 2

Nos seguintes exemplos, amostras de teste de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica em dosagens diferentes foram adicionadas a uma pasta em suspensão de teste para avaliar o desempenho da composição como agente de drenagem. O desempenho de drenagem foi avaliado por meio de um Analisador Dinâmico de Drenagem (DDA), da Akribi, Suécia. 0 DDA mede o tempo para drenar um volume estabelecido de pasta em suspensão através de um fio quando se remove um tampão 18 e se aplica vácuo a esse lado do fio, oposto ao lado em que a pasta em suspensão está presente.

Nos exemplos, um polímero catiónico foi adicionado à pasta em suspensão antes das composições contendo sílica aquosa de acordo com a invenção ou a referência aniónica.

As amostras de teste foram preparadas a partir de misturas de NSF II e Sílica I em razões diferentes, as quais foram testadas num teste de pasta em suspensão, que foi uma pasta em suspensão contendo madeira, que tem um pH de 7,6, uma condutividade de 5,0 mS/cm e uma consistência de 1,43 g/L. A pasta em suspensão foi agitada num frasco com deflector a uma velocidade de 1500 rpm durante todo o teste.

Nos testes, 20 kg/t (20 kg/tonelada) de amido catiónico (Cl), que é um amido catiónico de batata com um teor de azoto de 0,5%, obtido por quarternização de amido de batata nativo com cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropildimetilbenzilamónio, foram adicionados à pasta em suspensão, após 30 segundos de agitação, a mistura aniónica foi adicionada, seguida por 15 segundos de agitação antes da drenagem.

Como referência foi utilizada sílica I. Todas as amostras foram diluídas a 0,5% de sólidos antes dos testes. As razões e os resultados são resumidos na Tabela 2. 19

Tabela 2

Amostra Razao Tempos de desidrataçao (seg.) a uma dosagem de: 1 kg/1 2 kg/1 3 kg/1 sílica I 26,0 23,9 20,0 NSF II + sílica I 0,25:1 25,5 19,1 15,3 NSF II + sílica I 0,67:1 21,6 15,5 12,5 NSF II + sílica I 1:1 20,4 14, 9 12, 7 NSF II + sílica I 1,5:1 19,3 13,8 12,3 NSF II + sílica I 4 :1 17,0 12,3 13,3

Exemplo 3

As amostras de teste foram preparadas a partir de NSF II e sílica II. Como referência foi utilizada sílica II. Todas as amostras foram diluídas a 0,5% de sólidos antes da avaliação de drenagem, a qual foi realizada como no Exemplo 2, com a mesma pasta em suspensão e com 20 kg/t de Cl. As razões e os resultados são resumidos na Tabela 3.

Tabela 3

Amostra Razao Tempos de desidrataçao (seg.) a uma dosagem de: 1 kg/1 2 kg/1 3 kg/1 sílica II 25,5 22,0 18, 7 NSF II + sílica II 0,25:1 - 17,1 - NSF II + sílica II 0,67:1 - 14,6 - 20 (Continuação)

Amostra Razao Tempos de desidrataçao (seg.) a uma dosagem de: 1 kg/1 2 kg/1 3 kg/1 NSF II + sílica II 1:1 20,4 13,0 11, 1 NSF II + sílica II 1,5:1 18,6 13,2 12, 1 NSF II + sílica II 4:1 16,1 12, 7 12, 1

Exemplo 4

As amostras de teste foram preparadas a partir de NSF I e Sílica I. Como referência foi utilizada sílica I. As amostras foram diluídas a 0,5% de sólidos e os testes de drenagem foram realizados como no Exemplo 1. À pasta em suspensão de teste foram adicionados 20 kg/t de Cl. A pasta em suspensão foi uma pasta em suspensão contendo madeira que tem uma condutividade de 5,0 mS/cm, uma consistência de 1,52 g/L e pH = 7,8. As razões e os tempos desidratação são resumidos na Tabela 4.

Tabela 4

Amostra Razao Tempos de desidrataçao (seg.) a uma dosagem de: 1 kg/1 2 kg/1 3 kg/1 4 kg/1 sílica I 34, 0 29,2 25, 8 24,0 NSF I + sílica I 0,25:1 30,1 22, 4 17,6 14,0 NSF I + sílica I 0,67:1 26,9 17,7 13,3 12,2 NSF I + sílica I 1:1 25, 0 16,1 12,0 12,1 NSF I + sílica I 1,5:1 22, 1 14,6 12,5 13,0 NSF I + sílica I 4 :1 18,9 13,5 12, 7 14,0 21

Exemplo 5

As amostras de teste foram preparadas a partir de NSF I e Sílica I. Como referência foi utilizada sílica I. 0 processo de preparação foi o mesmo que nos exemplos anteriores. A condutividade da pasta em suspensão contendo madeira foi apenas 0,5 mS/cm. A quantidade de Cl foi 30 kg/t em todos os testes. O tempo de drenagem para o amido catiónico adicionado isoladamente foi 22 segundos. As razões e os tempos desidratação são resumidos na Tabela 5.

Tabela 5

Amostra Razão Tempos de desidratação (seg.) a uma dosagem de: 1 kg/1 2 kg/1 3 kg/1 4 kg/1 sílica I 19, 1 16, 0 13,2 9,7 NSF I + sílica I 0,25:1 14, 3 11,6 9,4 8,5 NSF I + sílica I 0,67:1 14, 3 10,0 9,2 8,2 NSF I + sílica I 1:1 13, 7 9,9 8,5 8,5 NSF I + sílica I 1,5:1 12,2 9, 9 8, 7 8,6 NSF I + sílica I 4:1 12, 0 10, 4 9, 7 9, 7

Exemplo 6

As amostras de teste foram preparadas a partir de NSF I e Sílica I. Como referência foi utilizada Sílica I. A pasta em suspensão continha madeira a tinha uma condutividade de 5,0 mS/cm, uma consistência de 1,52 g/L e pH = 7,8. À pasta em 22 suspensão foram adicionados 3 kg/t de uma poliacrilamida catiónica (C-PAM) que foi preparada por polimerização de acrilamida (90% molar) e cloreto de acriloxi-etil-dimetil-benzilamónio (10% molar) e tendo um peso molecular de cerca de 6000000, adicionados no começo do teste. Após 30 segundos de agitação, as composições de NSF I e Sílica I foram adicionadas, seguidas por 15 segundos de agitação antes da drenagem. As composições de NSF I e Sílica I foram diluídas a 0,5% de sólidos e C-PAM a 0,1% de sólidos antes da adição à pasta em suspensão. As razões e os tempos desidratação são resumidos na Tabela 6.

Tabela 6

Amostra Razao Tempos de desidratação (seg.) a uma dosagem de: 0,5 kg/t 1,0 kg/1 sílica I 14,4 10,3 NSF I + sílica I 0,25:1 11,2 8,9 NSF I + sílica I 0,67:1 10,3 9,1 NSF I + sílica I 1:1 10,0 9,5 NSF I + sílica I 1,5:1 10,4 9, 7

Exemplo 7

Foram preparadas amostras de teste de composições de NSF III e sílica I e de NSF III e sílica III. Uma avaliação de drenagem das amostras foi realizada como nos Exemplos anteriores, numa pasta em suspensão de elevada condutividade, com condutividade de 5,0 mS/cm. Cl foi adicionado numa quantidade de 20 kg/t à pasta em suspensão. As razões e os tempos desidratação são resumidos na Tabela 7. 23

Tabela 7

Amostra Razão Tempos de desidratação (seg.) a uma dosagem de: 1 kg/1 3 kg/t NSF III + sílica III 0,077:1 34, 2 21,2 NSF III + sílica III 0,15:1 31, 0 18,0 NSF III + sílica I 0,2:1 29, 9 17, 7 NSF III + sílica III 0,2:1 29,2 16,4 NSF III + sílica I 0,3:1 27, 9 16,2 NSF III + sílica III 0,3:1 28,0 14, 6

Os resultados mostram que a composição contendo sílica aquosa, de acordo com a invenção, melhorou as propriedades de drenagem.

Exemplo 8

Foram preparadas amostras de teste das composições de NSF I e Sílica I e de NSF III e Sílica III. Como referência foi utilizada Sílica I e Sílica III. Uma avaliação de drenagem das amostras foi realizada como nos Exemplos anteriores, numa pasta em suspensão de elevada condutividade, com condutividade de 5,0 mS/cm. Cl foi adicionado numa quantidade de 20 kg/t à pasta em suspensão. Os tempos desidratação estão resumidos na Tabela 8.

Tabela 8

Amostra Razão Tempos de desidratação (seg.) a uma dosagem de: 2 kg/1 3 kg/1 sílica I 27,2 24,3 sílica III 26,8 20,9 NSF III + sílica III 0,077:1 27,3 21,2 NSF III + sílica III 0,15:1 23,1 18,0 NSF I + sílica I 0,2:1 21,4 15, 8 NSF I + sílica I 0,3:1 20, 7 15, 1 NSF III + sílica III 0,2:1 20, 7 16,4 NSF III + sílica III 0,3:1 20,2 14, 6

Exemplo 9

Uma poliacrilamida aniónica de elevado peso molecular (A-PAM), PM desde cerca de 10 a 20 milhões, contendo cerca de 30% molar de grupos aniónicos, na forma de uma emulsão de água-em-óleo invertida e diluída com água a uma concentração de 0,1%. A A-PAM foi misturada com 0,1% de Sílica I em três razões 25 diferentes de A-PAM para Sílica I de 2:1, 1:1 e 0,5:1. As composições de NSF III e Sílica III (a) foram preparadas por adição de um vidro aquoso diluído (15% de Si02 e razão SiC>2/Na20 =3,4) a NSF III (como solução aquosa a 30%) sob agitação. A esta mistura foi adicionado ácido polissilícico, com uma concentração de 6,0% de S1O2 a pH 2,5, adicionado sob agitação durante 20 minutos. O ácido polissilícico foi preparado a partir de vidro aquoso diluído que foi passado através de uma coluna cheia com resina de permuta iónica, fortemente catiónica e saturada com hidrogénio. NSF III/Sílica III (b) foi preparada por mistura de NSF III com ácido polissilícico sob agitação durante 5 minutos e depois esta mistura foi adicionado ao vidro aquoso sob agitação durante 20 minutos.

Uma avaliação de drenagem das amostras deste exemplo foi realizada numa pasta em suspensão de elevada condutividade (5,0 mS/cm). Um amido catiónico (C2) que era um amido de batata catiónico com um teor de azoto de 0,7%, obtido por quarternização de amido de batata nativo com cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropildimetilbenzilamónio, foi adicionado antes das misturas aniónicas à pasta em suspensão. O C2 foi adicionado numa quantidade de 12 kg/t. Foram obtidos os seguintes tempos de desidratação: 26

Tabela 9

Amostra Razão Tempos de desidratação (seg.) a uma dosagem de 2,0 kg/t A-PAM 33,0 Sílica I 16,9 A-PAM/Sílica I 0,5:1 28, 7 A-PAM/Sílica I 1:1 25,5 A-PAM/Sílica I 2 :1 29,4 NSF III/Sílica III a 0,38:1 22,0 NSF III/Sílica III a 1,9:1 21,0 NSF III/Sílica III a 9 :1 17,7 NSF III/Sílica III b 0,5:1 23, 0 NSF III/Sílica III b 9 :1 16, 8

Exemplo 10

Foi determinada a estabilidade de armazenamento de misturas diferentes de NSF e sílica. As amostras de NSF foram desalinizadas por utilização de ultra-filtração (NSF I) para uma condutividade de 12 mS/cm medida a 10% em peso de sólidos, antes de misturar com sílica para formar composições aquosas. O NSF III não tratado foi misturado com sílica para comparação. Todos obtiveram composições aquosas e as amostras de referência foram armazenadas de acordo com o sequinte processo: 27

Num frigorífico durante 9 semanas; depois na estufa, a uma temperatura de 40 °c, durante 3 semanas; na 0 estufa, a uma temperatura de 60 °c, durante 1 semana; na estufa, a uma temperatura de 80 °C, durante 6 semanas. 0 tempo de armazenamento total foi de 20 semanas. Os tempos de armazenamento para as amostras de teste são resumidos na Tabela 10.

Tabela 10

Amostra Razao Substância activa (Si02 + NSF) Tempo de formação de gel NSF III + Sílica III 0,15:1 7, 2% gel após 14 semanas NSF I + Sílica III 0,15:1 7,2% sem gel após 20 semanas NSF I + Sílica III 0,2:1 7,3% Sem gel após 20 semanas

As amostras sem formação de gel apresentam melhor estabilidade do que as amostras com formação de gel e estas nem apresentam um aumento na viscosidade.

Exemplo 11 de misturas Como referência

Foram preparadas amostras de teste NSF III/Sílica I e misturas NSF III/Sílica III. 28 foi utilizada Sílica III. Uma avaliação de DDA das amostras foi realizada numa pasta em suspensão de elevada condutividade, com condutividade de 5,0 mS/cm. Cl foi adicionado numa quantidade de 20 kg/t à pasta em suspensão. Os tempos de desidratação são resumidos na Tabela 11.

Tabela 11

Amostra Tempos de desidratação (segundos) 1 kg/t Solução coloidal de sílica III 32, 1 Solução coloidal de sílica III com 7,7% de NSF III 34, 2 Solução coloidal de sílica I com 7,7% de NSF III 29, 4 Solução coloidal de sílica III com 15% de NSF III 31,0 Solução coloidal de sílica I com 15% de NSF III 30, 7

Os resultados mostram que as misturas contendo Sílica I receberam tempos de desidratação melhorados comparativamente a Sílica III. A Sílica I é uma solução coloidal de sílica estabilizada com alcali.

Lisboa, 26 de Maio de 2014 29

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a produção de papel a partir de uma suspensão contendo fibras celulósicas e, opcionalmente, cargas, compreendendo adicionar à suspensão, pelo menos, um polímero orgânico catiónico e uma composição contendo sílica aquosa compreendendo um condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato, que tem uma condutividade de menos de 20 mS/cm e partículas aniónicas à base de sílica compreendendo partículas à base de sílica agregadas ou formadas em microgel, tendo a composição uma razão em peso de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculada como SÍO2, dentro da gama desde 0,2:1 a 90:1, e contendo condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como SiCg, numa quantidade de, pelo menos, 0,01% em peso, com base no peso total da composição contendo sílica aquosa e em que a composição contém menos ou igual a 10% em peso de agente de colagem interna reactivo a celulose.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, em que o condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato tem uma condutividade de menos de 15 mS/cm.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, em que a composição contendo sílica aquosa têm uma razão em peso de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculada como Si02, dentro da gama desde 0,2:1 a 85:1. 1
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, em que as partículas aniónicas à base de sílica têm uma área superficial específica dentro da gama desde 300 a 1300 m2/g.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, em que o polímero orgânico catiónico é amido catiónico ou poliacrilamida catiónica.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-5, em que o polímero orgânico catiónico tem, pelo menos, um grupo aromático.
7. Composição contendo sílica aquosa para utilização como um agente de floculação na produção de pasta e papel e na purificação de água, compreendendo um condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato que tem uma condutividade de menos de 20 mS/cm e partículas aniónicas à base de sílica compreendendo partículas à base de sílica agregadas ou formadas em microgel, tendo a composição uma razão em peso de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculada como SÍO2, dentro da gama desde 0,2:1 a 90:1 e contendo condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como SÍO2, numa quantidade de, pelo menos, 0,01% em peso, com base no peso total da composição contendo sílica aquosa e em que a composição contém menos ou igual a 10% em peso de agente de colagem interna reactivo a celulose.
8. Composição de acordo com a reivindicação 7, em que o condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato tem uma condutividade de menos de 15 mS/cm. 2
9. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 e 8, em que a composição contendo sílica aquosa tem uma razão em peso de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculada como S1O2, dentro da gama desde 0,2:1 a 85:1.
10. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 7-9, em que as partículas aniónicas à base de sílica têm uma área superficial específica dentro da gama desde 300 a 1300 m2/g.
11. Método para a preparação de uma composição contendo sílica aquosa, que compreende misturar na presença de menos ou igual a 10% em peso de agente de colagem interna reactivo a celulose, uma solução de condensado aniónico de formaldeído e naftalenossulfonato, que tem uma condutividade de menos de 20 mS/cm com uma solução coloidal aquosa à base de sílica estabilizada com alcali que tem um valor S na gama desde cerca de 5 até cerca de 50% contendo partículas aniónicas à base de sílica agregadas ou formadas em microgel, para proporcionar uma composição contendo sílica aquosa que tem uma razão em peso de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculada como S1O2, dentro da gama desde 0,2:1 a 90:1, e contendo condensado de formaldeído e naftalenossulfonato e partículas à base de sílica, calculado como Si02, numa quantidade de, pelo menos, 0,01% em peso.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que a solução aniónica aquosa de condensado de formaldeído e naftalenossulfonato tem uma condutividade de menos de 15 mS/cm. 3
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 e 12, que compreende a dessalinização da solução aniónica aquosa de condensado de formaldeido e naftalenossulfonato.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11-13, em que a composição contendo sílica aquosa tem uma razão em peso de condensado de formaldeido e naftalenossulfonato para partículas à base de sílica, calculada como SÍO2, dentro da gama desde 0,2:1 a 85:1.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11-14, em que as partículas aniónicas à base de sílica têm uma área superficial específica dentro da gama desde 300 a 1300 m2/g.
16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11-15, em que a solução coloidal tem um valor S dentro da gama desde 5 a 50% antes de se misturar com o condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato.
17. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11-16, em que a solução coloidal tem um valor S dentro da gama desde 8 a de 45% antes de se misturar com o condensado aniónico de formaldeido e naftalenossulfonato. Lisboa, 26 de Maio de 2014 4