PT2126561E

PT2126561E - Processo para a determinação de partículas orgânicas hidrófobas numa pasta de papel

Info

Publication number: PT2126561E
Application number: PT08717202T
Authority: PT
Inventors: Hans-Peter Kaub
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2012-06-26
Also published as: EP2126561B1; US20100012284A1; ATE553375T1; CA2679179A1; CN101622536A; JP2010520444A; PL2126561T3; WO2008104576A1; ES2384667T3; EP2126561A1

Description

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DESCRIÇÃO "PROCESSO PARA A DETERMINAÇÃO DE PARTÍCULAS ORGÂNICAS HIDRÓFOBAS NUMA PASTA DE PAPEL" A presente invenção refere-se a um processo para a determinação de partículas orgânicas hidrófobas no filtrado de uma pasta de papel.

Na produção de papel tem interesse, por exemplo, avaliar analiticamente as partículas de contaminantes na pasta de papel, no que se refere à sua distribuição por tamanhos e quantidades. As partículas de contaminantes, na sua maior parte, são hidrófobas e adesivas. São provenientes, por exemplo, de papel usado reciclado e, no processo de fabricação do papel, conduzem a depósitos nas máquinas. Para suprimir ou remediar a ação negativa dos contaminantes sobre a fabricação do papel, incorporam-se agentes fixadores na pasta de papel. Desta forma consegue-se que os contaminantes fiquem ligadas às fibras de celulose e são amplamente evitados os depósitos nas máquinas. A quantidade de agente fixador necessária em cada caso é então determinada com o auxílio de uma análise das partículas de contaminantes da pasta de papel ou da água filtrada por expressão sobre um crivo. São conhecidos vários métodos para a determinação da distribuição por tamanhos das partículas de contaminantes numa pasta de papel. Com os processos tradicionais de investigação, nomeadamente a microanálise com raios X, a espetrofotometria com raios infravermelhos ou a cromatografia de permeação por gel, como são descritos numa panorâmica por R. Wilken e J. Strauss, "Grundlegende Untersuchungen iiber klebende Verunreinigungen im 2 wiederverwendeten Altpapier", comunicação do Instituto Tecnológico do Papel da Fundação Tecnológica do Papel, Volumes 11-12 (1984), páginas 292 e seguintes, a natureza das partículas de contaminantes, por conseguinte a sua composição química, pode ser determinada em laboratório. Encontram-se também revelações qualitativas sobre a concentração e a distribuição de tamanhos de partículas. No entanto, estes processos têm todos o inconveniente de consumirem relativamente longo tempo e trabalho e não serem, por consequência, apropriados para o controle imediato das alterações dos contaminantes e da ação dos aditivos sobre a ligação dos contaminantes à pasta de papel durante o ciclo de produção. É descrito por T. Krõhl, P. Lorencak, A. Gierulski, H. Eipel e D. Horn, em "A new laseroptical method for counting colloidally dispersed pitch", Nordic Pulp and Paper Research Journal, Volume 9 (1994), n° 1, páginas 26 e seguintes, um outro processo para a determinação da distribuição de tamanhos das partículas de contaminantes. Neste processo, as partículas de contaminantes são coradas com um corante fluorescente e são isoladas por focagem hidrodinâmica. Em seguida, a amostra com as partículas de contaminantes é irradiada com luz laser e é captada a luz fluorescente emitida pelas mesmas. A partir da intensidade dos sinais de fluorescência podem tirar-se conclusões sobre a distribuição dos tamanhos de partículas. É conhecido do documento WO 92/11534 um processo de medição para a determinação do número e tamanho de partículas de resina numa pasta de papel, em que primeiro se prepara uma suspensão da pasta de papel, separam-se desta as partículas de resina, por filtração, as partículas de resina são marcadas com um corante de fluorescência, em seguida são isoladas, são excitadas para a emissão de luz, os sinais de 3 luz são detetados e os sinais são avaliados para a contagem e a determinação do tamanho das partículas de resina. É utilizada como corante de fluorescência a N-(n-butil)-4-(n-butilamino)-naftalimida. É conhecido da patente EP-A 0 856 731 um processo para a determinação da distribuição por tamanhos de pelo menos dois tipos de partículas (AK) de partículas fluorescentes (Ti) numa única amostra, em que • as partículas (Ti) na amostra são isoladas e a amostra é irradiada com luz ao longo de uma direção de irradiação previamente dada, e são medidos pelo menos um valor de intensidade da luz dispersa (S (Ti) ) e pelo menos um valor de intensidade de luz fluorescente (F(T±)) de cada partícula (Ti) , • é atribuído às partículas (Τ±) , em cada caso, de harmonia com a posição do seu par de valores (S (Ti) ) , (F(Ti)) numa região (BK) de um espaço tridimensional (R) , que é definido pelos valores de intensidade da luz dispersa (S (Ti) ) , pekos valores de intensidade da luz fluorescente (F (Ti) ) e pela frequência dos pares de valores (S (T±) ) , (F(Ti) ) , um tipo de partícula (AK) , sendo que cada região (BK) possui pelo menos um valor máximo local do par de valores (S (T±) ) , (F (T±) ) no espaço (R) para o tipo de partícula (AK) , • é determinada a frequência relativa dos valores de intensidade da luz fluorescente (F(Ti)) para cada tipo de partícula (AK) , • é calculada a distribuição relativa dos tamanhos das partículas para cada tipo de partícula (AK) a partir da frequência relativa dos valores de intensidade da luz fluorescente (F(Ti)) para o correspondente tipo de partícula (AK) , 4 • as distribuições relativas dos tamanhos das partículas para os tipos individuais de partículas (AK) são corrigidas entre si com o auxílio da posição das regiões (BK) no espaço tridimensional (R) , que é definido pelos valores de intensidade da luz dispersa (S (Ti) ) , pelos valores de intensidade da luz fluorescente (F(T±)) e pela frequência dos pares de valores (S(T±) ) , (F(T±)), e com estes dados é formada uma distribuição relativa global dos tamanhos das partículas para as partículas (Ti) de todos os tipos de partículas (AK) .

Este processo é utilizado em especial para a determinação da distribuição de tamanhos de partículas hidrófobas de contaminantes na pasta de papel ou na água à saída do crivo das máquinas de papel, e é empregue para controlar a dosagem do agente fixador para a pasta de papel, sendo que é produzido ou atribuído um sinal de controle correspondente à distribuição relativa global de tamanhos de partículas, e a dosagem da quantidade necessária do agente fixador é realizada com base neste sinal de controle. É conhecido da patente WO 06/122921 um processo para a determinação da concentração das colas, do tamanho das partículas e da distribuição de tamanhos de partículas de colas naturais e/ou sintéticas numa pasta de papel, corando-se a amostra que contém as colas com um corante fluorescente, isolando-se as partículas na amostra, irradiando-se a amostra com luz e detetando-se a luz dispersa e/ou a luz de fluorescência emitidas pela amostra e avaliando-se o sinal recebido. O processo é empregue para a determinação da distribuição de tamanhos de partículas de colas reativas na pasta de papel ou na água à saída do crivo das máquinas de papel, durante a fabricação do papel. 5

Nos métodos descritos acima, as partículas a determinar são sempre isoladas. No entanto, a contagem das partículas isoladas é laboriosa. A invenção tem como objetivo colocar à disposição um outro processo de medição para a determinação da concentração em massa de partículas hidrófobas num filtrado de uma pasta de papel. 0 objetivo é solucionado, de acordo com a invenção, com um processo para a determinação da concentração de partículas orgânicas hidrófobas no filtrado de uma pasta de papel, em que as partículas orgânicas hidrófilas são marcadas com um corante de fluorescência, em seguida são excitadas para a emissão de luz, a luz emitida pelas partículas marcadas é detetada e, a partir da intensidade da fluorescência, é calculada a concentração em massa das partículas.

As partículas orgânicas hidrófobas são, por exemplo, as partículas de contaminantes finamente divididas existentes numa pasta de papel, como partículas gomosas ("Stickies”), pez branco ("White Pitch"), assim como colas. Os contaminantes consistem essencialmente em materiais hidrófobos dispersos, tratando-se, relativamente a estes, por exemplo, de restos dos aglutinantes das massas de revestimento de papel, ou de colas. 0 tamanho das partículas dos contaminantes ascende, por exemplo, a valores de 0,5 até 100 ym.

Como colas interessa considerar as colas naturais e/ou sintéticas, por exemplo, colas reativas, colas de resinas, colas de resinas modificadas ou dispersões poliméricas com ação de colagem. Quanto às colas, trata-se de compostos que são dispersos em água e que têm, por exemplo, tamanhos de 6 partículas num intervalo de 0,5 a 100 pm, de preferência de 1 pm a 20 pm.

As colas reativas mais importantes para o papel são os alquildicetenos (AKD) e os aldeídos de ácidos alcenil-succínicos. São utilizadas como colas em massa na fabricação de papel, de papelão e de cartão. No caso destas substâncias, trata-se essencialmente de (Cu a C12)-alquildicetenos, como estearildiceteno, palmitildiceteno, beenil-diceteno, oleildiceteno, assim como de misturas dos dicetenos. São preparadas, por exemplo, por emulsionação em água, na presença de amidos catiónicos e de um dispersante aniónico, sob a ação de forças de cisalhamento; ver US 3,223,544 e US 3,130,118. Em virtude de um excesso dos amidos catiónicos em relação ao dispersante aniónico, as dispersões de AKD assim preparadas possuem uma carga catiónica.

Os alquildicetenos também podem ser utilizados em conjunto com outras colas. Assim, por exemplo, é conhecida da patente WO 94/05855 a formação de uma dispersão de alquildicetenos numa mistura de uma suspensão aquosa de um amido catiónico desagregado e de uma dispersão aquosa de partículas finas de um polímero, que constitui uma cola para papel. A mistura resultante é utilizada como cola para papel. Além disso, são conhecidas dispersões aquosas de AKDs, tornadas aniónicas, que podem ser obtidas, como estabilizador único, por exemplo, por dispersão de AKDs em água, na presença de dispersantes aniónicos; ver WO 00/23651. São descritas colas de polímeros, por exemplo, nas patentes JP-A 58/115 196, EP-B 0 257 412 e EP-B 0 276 770. Neste caso, trata-se essencialmente de dispersões aquosas de copolímeros, que são preparadas na presença de amidos ou de 7 produtos da decomposição de amidos. Interessam como copolimeros, por exemplo, copolimeros de estireno e/ou acrilonitrilo e acrilatos. São igualmente utilizados na técnica, como colas em massa, para a fabricação de papel e de produtos de papel, anidridos de ácidos alcenil-succinicos. Os exemplos para estas colas são os isómeros de anidridos de ácidos 4-, 5-, 6-, 7- e 8-hexadecenilsuccínicos, anidridos dos ácidos decenilsuccinico, octenilsuccinico, dodecenilsuccinico e n-hexadecenilsuccínico; ver também C. E. Farley e R. B. Wasser, The Sizing of Paper, Second Edition, (3) , Sizing With Alkenyl Succinic Anhydride, TAPPI PRESS, 1989, ISBN 0-89852-051-7 . Têm interesse, como colas naturais, resinas adesivas, assim como resinas adesivas modificadas quimicamente; ver E. Strazdins, Chapter 1, "Chemistry and Application of Rosin Size", em W. F. Reynolds (Ed), "The Sizing of Paper", Second Edition, Tappi Press (Atlanta, USA), 1989, páginas 1 a 31 (ISBN 0-89852-051-7).

As medições para a determinação quantitativa integral de partículas hidrófobas são realizadas num espetrofotómetro de fluorescência. Para os ensaios foi utilizado um espetrofotómetro de fluorescência de Hitachi (Hitachi F 4010). As amostras límpidas, com fracas extinções próprias, são medidas de preferência numa montagem a 90°, em que a luz excitada emerge perpendicularmente à parede da cuvete em que se encontra a amostra a ensaiar. A luz emitida é medida segundo um ângulo de 90° em relação à luz de excitação. Para se ensaiarem soluções turvas ou dispersões, escolhe-se a disposição de face frontal, em que a luz de excitação emerge segundo um ângulo de, por exemplo, 45° em relação à cuvete, e a luz refletida é emitida e é analisada segundo um ângulo de 90° em relação à luz de excitação da amostra. A luz refletida é obturada.

As amostras que contêm os contaminantes e/ou uma cola são coradas com pelo menos um corante fluorescente. Os corantes apropriados são, por exemplo: • N-(n-butil)-4-(n-butilamino)-naftalimida (Fluorol 7GA), • corante de índice de cor (C. I.) número 40662 (Celluflor) • corante de C. I. número 45400 (Eosina B) , iodeto de 3,3-etiloxidicarbocianina, • sal trissódico do ácido 8-hidroxi-l,3,6-pireno- trissulfónico, • 6-nitro-l,3,3,trimetil-[2H]-l-benzopirano-2,2-indo1 (merocianina 540), • benzoato de 2-[6-(dietilamino)-3-dietilimino-3H-xanteno-9-ilo] (Rhodamina B).

Um corante fluorescente utilizado com especial preferência é a N-(n-butil)-4-(n-butilamino)-naftalimida.

Além disso, num filtrado de uma pasta de papel encontram-se fibras de celulose e eventualmente pigmentos inorgânicos. Estas substâncias não são coradas pelos corantes fluorescentes, de forma que não perturbam as medições. Para se marcarem os contaminantes e as colas com um corante fluorescente é necessário um tempo de atuação de, por exemplo, 2 a 14 minutos, de preferência de 2 a 5 minutos. Para se simplificar o processo de análise e para se obterem resultados reprodutíveis é vantajoso fixar um determinado tempo de reação para a duração da coloração, por exemplo, 5 minutos. 9

Para se corarem as amostras a ensaiar utiliza-se, de preferência, uma solução de pelo menos um corante fluorescente em etanol. A concentração do corante fluorescente que é dissolvido em etanol é, por exemplo, de 10 até 40 mg/L. A concentração dos contaminantes e/ou das colas situa-se, por exemplo, entre 0 en 20 mg/L.

Ensaios com diversas partículas poliméricas (foram utilizadas para o efeito dispersões comerciais de polímeros, que são conhecidas como ligantes para corantes de revestimento de papel, por exemplo, Acronal® S360D e Styronal® D718) conduziram a uma relação linear entre a concentração em massa das partículas poliméricas e a intensidade de luz fluorescente medida. Numa gama de concentrações de 0 até 0,1 g/L de contaminantes e/ou de colas pode ser realizada uma análise quantitativa da massa de contaminantes e/ou de colas por meio da marcação acima descrita, com pelo menos um corante fluorescente e com o auxílio da determinação da intensidade de fluorescência das partículas assim marcadas. Na gama de concentrações indicada existe, nomeadamente, uma relação linear entre a concentração em massa das partículas poliméricas e a intensidade de fluorescência. Obtém-se rapidamente, desta forma, uma análise quantitativa da massa total de partículas de polímeros. Não é, no entanto, possível uma distinção entre as diferentes partículas de polímeros. O método de medição de acordo com a invenção presta-se em especial para testes rápidos para se determinar a eficácia dos agentes químicos de processo. Por conseguinte, o método de medição tem aplicação para a determinação da concentração total de partículas orgânicas hidrófobas no filtrado de uma pasta de papel desidratada por expressão, por meio de um crivo. Deste modo, presta-se em especial 10 como método de medição "em linha" no processo para a fabricação de papel.

Com o auxilio deste método de medição pode ser realizado, por exemplo, o controle da adição de agentes contra os contaminantes e/ou de colas num processo de fabricação de papel em curso. Um agente conhecido contra os contaminantes é, por exemplo, a polivinilformamida hidrolisada, com um grau de hidrólise, por exemplo, de 60 a 95%. É adicionada à pasta de papel, como agente fixador, antes da formação da folha. Se a água à saida do crivo for analisada durante um processo de fabricação de papel em curso, pode-se determinar na mesma, com o auxilio do processo de medição de acordo com a invenção, a concentração dos contaminantes e pode-se então ajustar a adição da polivinilformamida parcialmente hidrolisada à pasta de papel, de modo que a água à saida do crivo possua um teor o mais reduzido possivel de contaminantes. Os contaminantes são ligados, por exemplo, às fibras de celulose pela polivinilformamida parcialmente hidrolisada adicionada.

Exemplo

Como substância modelo foi preparado um sistema adesivo de pasta de madeira com 8 g/L de fosfato de trimetilo e 0,16 g/L de Styronal® D718 (dispersão aquosa de um aglutinante à base de estireno e butadieno), colocando-se num copo de vidro 500 mL desta mistura e adicionando-se como fixador 5 mL de uma polivinilformamida hidrolisada, com um grau de hidrólise de 83% e um valor K de 61. O valor K foi determinado de acordo com H. Fikentscher, Cellulose-Chemie, Volume 13, 58-64 e 71-74 (1932), em solução aquosa de cloreto de sódio a 5%, a uma temperatura de 25°C e para uma concentração de polímero de 0,5% em peso. Depois de um tempo de ação do fixador sobre a pasta de papel de 5 minutos, a mistura foi desidratada por expressão num 11

Dynamic-Drainage-Jar, com a formação de uma folha, recolhendo-se os primeiros 100 mL do filtrado. Adicionou-se a 25 mL do filtrado 1 mL de uma solução etanólica do corante de fluorescência N-(n-butil)-4-(n-butilamino)-naftalimida (Fluorol 7GA), misturou-se intimamente a amostra e analisou-se a mesma, depois de um tempo de ação do corante durante 5 minutos, com um espetrofotómetro de fluorescência (Hitachi F 4010) numa disposição de face frontal. A largura de fenda das fendas de excitação e de emissão eram de 5 nm. A luz irradiada tinha um comprimento de onda de 442 nm, e foi medida a intensidade de fluorescência a 500 nm. A avaliação foi realizada com base numa curva padrão realizada anteriormente para o correspondente sistema adesivo, para concentrações de 0 a 0,05 g/L de Styronal® D718. Foi determinada como fração adesiva no filtrado uma concentração de 0,01 g/L de Styronal® D718. Este valor correspondia a uma retenção de Styronal® D718 na pasta de madeira com fosfato de trimetilo de 93,7%.

Lisboa, 18 de Junho de 2012

Claims

1/ REIVINDICAÇÕES 1. processo para a determinação de partículas orgânicas hidrófobas no filtrado de uma pasta de papel, caraterizado por as partículas orgânicas hidrófilas serem marcadas com um corante de fluorescência, em seguida serem excitadas para a emissão de luz, por a luz emitida pelas partículas marcadas ser detetada e, a partir da intensidade da fluorescência, ser calculada a concentração em massa das partículas, sendo as medições para a determinação quantitativa integral de partículas hidrófobas realizadas num espetrofotómetro de fluorescência.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caraterizado por ser utilizada como corante de fluorescência a N- (n-butil)-4-(n-butilamino)-naftalimida.

3. Utilização do processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, para a determinação da concentração total de partículas orgânicas hidrófobas no filtrado de uma pasta de papel desidratada por expressão sobre um crivo.

4. Utilização do processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, como método de medição em linha no processo de fabricação do papel.

5. Utilização de acordo com a reivindicação 4, caraterizada por o método de medição ser utilizado para o controle da adição de agentes contra os contaminantes e/ou de colas num processo de fabricação de papel em curso. Lisboa, 18 de Junho de 2012