PT752496E - Processo para a producao de papel - Google Patents

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PT752496E
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polymer
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low molecular
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PT96201662T
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Hans Johansson
Michael Persson
Joakim Carlen
Carlos Cordoba
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Eka Chemicals Ab
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Description

87 404
ΕΡ 0 752 496/PT
DESCRIÇÃO “Processo para a produção de papel” O presente invento refere-se a um processo para a produção de papel e, mais em particular, a um processo em que um polímero catiónico de baixo peso molecular, um polímero com carga de elevado peso molecular e partículas aniónicas inorgânicas são adicionados a matéria-prima para fabrico de papel. O processo proporciona drenagem e retenção melhoradas.
Antecedentes É conhecida na arte a utilização de sistemas de adjuvantes de drenagem e retenção, que compreendem polímeros com cargas de elevado peso molecular (daqui em diante designados por HMW) e partículas inorgânicas aniónicas, e.g. bentonite e partículas com base em sílica. Estes aditivos são introduzidos na matéria-prima para facilitar a drenagem e aumentar a adsorção de partículas finas sobre as fibras de celulose, de modo a ficarem retidas nas fibras. Contudo, a eficácia de adjuvantes de drenagem e retenção é habitualmente deteriorada em matérias-primas que possuem uma elevada procura catiónica, devido à presença de substâncias aniónicas interferentes. Na arte, tais substâncias são normalmente referidas como refugo aniónico. O nível de refugo aniónico é habitualmente elevado em matérias-primas baseadas em fibras recicladas e em pastas derivadas mecanicamente. Para contrariar o observado desempenho diminuído de aditivos ern tais matérias-primas, é conhecida a utilização de polímeros catiónicos de baixo peso molecular (daqui em diante designados por LMW) como captadores de refugo aniónico, que são inicialmente adicionados à matéria-prima para neutralizar o refugo aniónico e reduzir a procura catiónica, melhorando assim a eficácia de adjuvantes de drenagem e retenção subsequentemente adicionados.
Em EP-A-0335575 divulga-se um processo para a produção de papel que compreende uma etapa preliminar de inclusão de polímero, em que um polímero LMW catiónico é adicionado a uma suspensão celulósica, seguindo-se a adição de um polímero principal, seleccionado entre amido catiónico ou polímero HMW catiónico, e depois um material inorgânico seleccionado entre bentonite ou sílica coloidal.
Em EP-A-0308752 refere-se um método para fabrico de papel que compreende os ΕΡΟ752 496/PT ; 2 ·. passos de adição à matéria-prima para papel de um polímero LMW orgânico catiónico e depois sílica coloidal e um polímero HMW de acrilamida com carga, possuindo um peso molecular de pelo menos 500.000. O invento
Dc acordo com o presente invento verificou-se que podem ser obtidas muito boas drenagem e/ou retenção com aditivos compreendendo polímero LMW catiónico, polímero HMW catiónico e/ou anfótero e partículas inorgânicas aniónicas, quando o polímero LMW catiónico e o polímero HMW catiónico e/ou anfótero são adicionados em simultâneo à matéria-prima, em particular quando se utiliza o polímero LMW e o polímero HMW sob a forma de uma mistura. Esta constatação é contrária às técnicas da arte anterior, que enfatizam a adição inicial de polímeros LMW catiónicos para se obter um desempenho adequado com adição subsequente dc adjuvantes de drenagem e retenção compreendendo polímeros HMW com cargas e partículas inorgânicas aniónicas. Mais especificamente, o presente invento refere-se a um processo para a produção de papel a partir de uma suspensão de celulose contendo fibras, e cargas opcionais, que compreende a adição à suspensão de um polímero orgânico catiónico de baixo peso molecular, um polímero catiónico e/ou anfótero de elevado peso molecular e partículas inorgânicas aniónicas, foimando e drenando a suspensão numa teia, em que o polímero de baixo peso molecular possui um peso molecular inferior a 700.000, o polímero de elevado peso molecular possui um peso molecular superior a 1.000.000 e os referidos polímeros são adicionados em simultâneo à suspensão, sem diferença dc tempo substancial e essencialmente na mesma posição. O invento refere-se assim a um processo como definido a seguir nas reivindicações. O processo de acordo com o presente invento resulta em drenagem e/ou retenção melhoradas, comparado com processos em que polímeros HMW catiónicos e/ou anfóteros são utilizados como o único aditivo polimérico junto com partículas inorgânicas aniónicas. Para além disso, o presente invento resulta em drenagem e/ou retenção melhoradas comparadas com processos que compreendem pré-doseamento de polímero LMW catiónico antes da adição de polímeros HMW catiónicos e/ou anfóteros e partículas inorgânicas aniónicas. Deste modo o presente invento toma possível aumentar a velocidade da máquina de papel e utilizar dosagens menores de aditivos para se obter o mesmo efeito de drenagem e/ou retenção, o que conduz a um processo melhorado de fabrico de papel e a benefícios económicos.
Os polímeros adicionados em simultâneo à matéria-prima de acordo com o invento
87 404
ΕΡ 0 752 496 / PT compreendem pelo menos um polímero com carga de elevado peso molecular que funciona com adjuvante de drenagem e/ou retenção. O polímero HMW pode ser seleccionado a partir de polímeros catiónicos, polímeros anfóteros ou misturas destes. A utilização de tais polímeros como adjuvantes de drenagem e/ou retenção é conhecida na arte. Os polímeros HMW preferidos são solúveis em água. Adequadamente, é utilizado pelo menos um polímero HMW catiónico orgânico. Geralmente, a cationicidade dos polímeros HMW pode estar dentro da gama de 1 a 100% molar, adequadamente de 1 a 80% molar, e preferivelmente de 1 a 60% molar. O termo “cationicidade”, tal como aqui utilizado, refere-se à quantidade de unidades ‘mero catiónicas presentes no polímero. A densidade de carga do polímero HMW pode estar entre 200 e 7.000 peq/g de polímero seco. O polímero HMW pode ser derivado de fontes naturais ou sintéticas, e pode ser linear ou ramificado. Exemplos de polímeros adequados incluem amidos catiónicos ou anfóteros, gomas de guar, polímeros com base em acrilamida ou N-vinilamida, polímeros com base em cloreto de dialildimetilamónio e iminas de polietileno, poliaminas e poliamidoaminas catiónicas. Os amidos catiónicos, gomas de guar e polímeros com base em acrilamida são os polímeros HMW preferidos. O peso molecular do polímero HMW é superior a 1.000.000 e preferivelmente acima de 2.000.000. O limite superior não é crítico, pode ser cerca de 50.000.000, habitualmente de 30.000.000 e adequadamente de 25.000.000. Contudo, o peso molecular dos polímeros derivados de fontes naturais pode ser superior.
Os polímeros adicionados em simultâneo à matéria-prima de acordo com o invento compreendem ainda pelo menos um polímero catiónico orgânico de baixo peso molecular. Os polímeros preferidos incluem polímeros LMW de elevada carga e solúveis em água, os quais podem possuir uma cationicidade de 10 a 100% molar, adequadamente de 20 a 100% molar e preferivelmente de 50 a 100% molar. A densidade de carga do polímero LMW pode estar acima de 1.000 pcq/g, adequadamente acima de 2.000 peq/g e preferivelmente dentro da gama de 3.000 a 15.000 peq/g de polímero seco. É preferível que o polímero LMW possua uma cationicidade superior e/ou densidade de carga catiónica superior à do polímero HMW. Exemplos de polímeros LMW catiónicos adequados incluem amidos modificados, e.g. amido degradado, poliaminas, imina de polietileno, poliamidoamina/epicloridrina, dialquilamina/ epicloridrina, homo- e co-polímeros com base em monómeros seleccionados a partir de cloreto de dialildimetilamónio, vinilaminas, (met)acrilamidas e (met)acrilatos. Os polímeros LMW catiónicos preferidos incluem poliaminas, iminas de polietileno, polímeros com base em epicloridrina e polímeros com base em cloreto de dialildimetilamónio. Os monómeros catiónicos podem ser sais de adição ácida e/ou sais de amónio quaternário. Exemplos de (metjacrilamidas e (met)acrilatos adequados incluem (met)acrilamidas de dialquilaminoalquilo e (met)acrilatos de dialquilaminoalquilo, preferivelmente os seus sais ΕΡ Ο 752 496 / ΡΤ 4 de amónio quaternário. O peso molecular do polímero LMW catiónico pode depender do tipo de polímero e da sua densidade de carga. O peso molecular está abaixo de 700.000 e preferivelmente é inferior a 500.000. O limite inferior é habitualmente de 2.000 e preferivelmente cerca de 5.000. A razão ponderai de polímero HMW para polímero LMW adicionados à matéria-prima de acordo com o invento pode ser variada numa ampla gama e pode estar na gama de 30:1 a 1:20, normalmente de 20:1 a 1:20, adequadamente de 9:1 a 1:3, preferivelmente de 7:1 a 1:2 e muito preferivelmente de 5:1 a 1:1. A adição em simultâneo à matéria-prima dos polímeros HMW e LMW de acordo com o invento pode ser conduzida em qualquer posição na máquina de papel ou departamento de preparação de matéria-prima. Pretende dizer-se aqui que os polímeros são adicionados à matéria-prima sem diferença de tempo substancial c csscncialmcntc na mesma posição do departamento de preparação de matéria-prima ou máquina de papel antes da drenagem da matéria-prima na teia. Isto significa que os polímeros podem ser adicionados sob a forma de uma mistura ou separadamente, e.g. pela adição de um polímero durante a adição do outro.
De acordo com uma concretização preferida do invento, adiciona-se à matéria-prima o polímero LMW catiónico em mistura com o polímero HMW catiónico e/ou anfótero. A utilização de uma mistura de polímero e partículas inorgânicas aniónicas de acordo com o invento proporciona melhorias consideráveis sobre os processos da arte anterior, em particular melhoria no desempenho de retenção em matérias-primas possuindo uma elevada procura catiónica. A adição de uma mistura de polímeros contendo ambos os polímeros HMW e LMW é adicionalmente vantajosa de um ponto de vista operacional, uma vez que o número de adições de polímero requerido pode ser reduzido. Assim, é possível dispensar tanques de armazenagem, equipamento de doseamento, dispositivos de controlo, etc., que de outro modo seriam necessários para doseamento de polímero, conduzindo assim a um processo simplificado de fabrico de papel. A mistura de polímero desta concretização pode ser preparada em qualquer altura antes da sua incorporação na matéria-prima, por exemplo por mistura dos polímeros que podem estar em qualquer estado de agregação, e.g. sólidos, soluções, emulsões, dispersões e misturas destes. Ao ser adicionada à matéria-prima, a mistura de polímeros está numa forma adequadamente líquida, e.g. na forma de uma solução ou dispersão aquosa.
87 ΊΟΊ ΕΡ 0 752 496 / ΡΤ 5
Numa concretização preferida, é feito uso de uma mistura recém-preparada de polímero HMW e polímero LMW, tal como definido anteriormente. Uma tal pré-mistura pode ser tormada levando uma corrente aquosa de polímero HMW a contacto com uma corrente aquosa de polímero LMW e depois introduzindo a corrente resultante na suspensão. Se desejado, as correntes podem ser misturadas por meio de qualquer dispositivo misturador que possua pelo menos duas entradas, pelas quais as correntes separadas dos polímeros a serem misturadas são alimentadas, e possuindo pelo menos uma saída através da qual passa a mistura resultante e é subsequentemente introduzida na matéria-prima. O presente invento refere-se adicionalmente a uma mistura de polímeros solúveis em água sob a forma de uma dispersão aquosa contendo pelo menos um polímero catiónico ou anfótero de elevado peso molecular com base em acrilamida, possuindo um peso molecular superior a 1.000.000, pelo menos um polímero catiónico orgânico de baixo peso molecular, possuindo um peso molecular inferior a 700.000, e pelo menos um sal inorgânico solúvel em água, em que a razão ponderai do referido polímero de elevado peso molecular para o referido polímero de baixo peso molecular está dentro da gama de 9:1 a 1:2 e a dispersão compreende partículas de polímero catiónico ou anfótero de elevado peso molecular com base em acrilamida. A mistura de polímero proporciona drenagem e/ou retenção melhoradas quando utilizada em combinação com partículas inorgânicas aniónicas. Na mistura de polímeros de acordo com o invento, o polímero HMW é um polímero catiónico e/ou anfótero com base em acrilamida, preferivelmente um polímero catiónico com base em acrilamida. O polímero HMW pode possuir uma cationicidade variando de 1 a 100% molar, adequadamente de 1 a 80% molar e preferivelmente de 1 a 60% molar, e pode possuir uma densidade de carga dentro da gama de 200 a 7.000 peq/g de polímero seco. O peso molecular do polímero HMW é superior a 1.000.000 e preferivelmente superior a 2.000.000. O limite superior não é crítico, pode ser cerca de 50.000.000, habitualmente de 30.000.000 e adequadamente de 25.000.000. O polímero LMW catiónico é preferivelmente um homo- ou co-polímero com base em monómeros seleccionados a partir de cloreto de dialildimetilamónio, vinilaminas, (met)acrilamidas, e.g. (met)acrilamidas de dialquilaminoalquilo, (met)acrilatos, e.g. (met)acrilatos de dialquilaminoalquilo, ou misturas destes. Os monómeros catiónicos podem ser sais de adição ácida e/ou sais de amónio quaternário, preferivelmente sais de amónio quaternário. O polímero LMW catiónico pode possuir uma cationicidade dentro da gama de 10 a 100% molar, adequadamente de 20 a 100% molar e preferivelmente de 50 a 100% molar, e pode possuir uma densidade de carga acima de 1.000 peq/g, adequadamente acima de 2.000 peq/g e preferivelmente dentro da gama de 3.000 a 15.000 peq/g de polímero seco.
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6 É preferível que o polímero LMW possua uma cationicidade superior e/ou uma densidade de carga catiónica superior à do polímero HMW. A razão ponderai de polímero HMW para polímero LMW está dentro da gama de 9.1, adequadamente de 7:1 e preferivelmente de 5:1 até 1:2, adequadamente 1:1 e preferivelmente 2:1. A dispersão aquosa de polímeros pode possuir um elevado teor de polímero seco, e.g. variando de 5 até 75% em peso, e adequadamente de 10 até 60% em peso.
Na mistura de polímeros de acordo com o invento, é preferível que o sal inorgânico seja um sal inorgânico produzindo uma fase aquosa na qual o polímero HMW é insolúvel. Exemplos de sais adequados incluem sulfato de sódio, sulfato de amónio, sulfato de magnésio, sulfato de alumínio, cloreto de sódio, hidrogenofosfato dissódico, hidrogenofosfato de diamónio e hidrogenofosfato dipotássico. Geralmente, são preferidos sais aniónicos polivalentes, e.g. sulfatos. A quantidade de sal solúvel em água presente nas dispersões de polímero pode ser pelo menos de 2% em peso, com base na dispersão, e adequadamente a quantidade está na gama de cerca de 5% até ao limite de solubilidade do sal, e.g. até 50%.
Esta mistura de polímeros pode ser obtida pela polimerização de monómeros solúveis em água destinados à formação do polímero HMW numa fase aquosa contendo o polímero LMW e o sal inorgânico. Exemplos de monómeros adequados incluem (met)acrilamida, monómeros com base em (met)acrilamida, e.g. (met)acrilamidas de dialquilaminoalquilo, sais de adição de ácido e seus sais de amónio quaternário, monómeros com base em (met)acrilato, e.g. (mct)acrilatos de dialquilaminoalquilo, sais de adição de ácido e seus sais de amónio quaternário, halogenetos de dialildimetilamónio, e.g. cloreto de dialildimetilamónio, e semelhantes. O polímero HMW formado é precipitado na fase aquosa devido à presença do sal inorgânico, e as partículas finas de polímero HMW assim obtido são dispersas e estabilizadas na fase aquosa por meio do polímero LMW. Geralmente, a polimerização de monómeros na presença de sal e agentes poliméricos dispersantes é conhecida na arte, por exemplo a partir de EP-A-0183466 e EP-A-0525751, e a presente mistura de polímeros pode ser preparada de acordo com métodos aí descritos, excepto que são utilizados outros polímeros e/ou outras razões ponderais para produzir a mistura de polímeros do presente invento. A quantidade de polímeros adicionada à matéria-prima de acordo com o processo do presente invento pode ser variada numa ampla gama, dependendo, entre outras coisas, do tipo de polímeros utilizado e se os polímeros são utilizados para outros fins. Para além de proporcionarem drenagem e/ou retenção, os polímeros podem conferir resistência a húmido
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ou resistência a seco à malha ou folha celulósica produzida. Exemplos de combinações de polímeros que melhoram a resistência a húmido incluem amido catiónico HMW e polímero catiónico com base em acrilamida em combinação com poliamidoamina/epicloridrina. Habitualmente, a quantidade total de polímeros adicionada está na gama de 0,01 a 30 kg/ton, calculada como polímeros secos sobre fibras secas e cargas opcionais. Quando se utilizam polímeros HMW sintéticos, e.g. poliacrilamidas catiónicas, a quantidade total de polímeros é nonnalmente de pelo menos 0,01 kg/ton, adequadamente 0,02 a 15 kg/ton e preferivelmente dc 0,05 a 8 kg/ton. Quando se utilizam polímeros HMW derivados de fontes naturais, tais como as baseadas em hidratos de carbono, e.g. amido catiónico e goma de guar catiónica, a quantidade total de polímeros é habitualmente pelo menos de 0,05 kg/ton, calculada como polímeros secos sobre fibras secas e cargas opcionais, adequadamente de 0,1 a 30 kg/ton e preferivelmente dc 1 a 20 kg/ton. Aí; partículas inorgânicas aniónicas que podem ser utilizadas de acordo com o invento incluem partículas com base em sílica, argilas do tipo esmectite e soles de sulfato de titanilo. É preferível que as partículas sejam coloidais, i.e. na gama coloidal do tamanho de partícula. É preferível utilizar partículas com base em sílica, e.g. partículas com base em SiO,, incluindo sílica coloidal, sílica coloidal modificada com alumínio ou silicato de alumínio, diferentes tipos de ácido polissilícico e suas misturas, isoladas ou em combinação com outros tipos de partículas inorgânicas aniónicas. Partículas adequadas com base em sílica incluem as divulgadas em US-A-4,388,150, US-A-4,954,220, US-A-4,961,825, US-A-
0656872 e WO-A-9V74071
As partículas com base em sílica possuem adequadamente um tamanho de partícula inferior a cerca de 50 nm, preferivelmente abaixo de 20 nm e mais preferivelmente na gama de cerca de 1 a cerca de 10 nm. As partículas com base em sílica possuem adequadamente uma área superficial específica superior a 50 nr/g, preferivelmente superior a 100 m2/g, e adequadamente até 1.700 nv/g. A área superficial específica pode ser determinada por meio de titulação com NaOH, de acordo com o método descrito por Sears em Analytical Chemistry, 28(1956):12, 1981-1983.
De acordo com um concretização preferida do invento, as partículas com base em sílica possuem uma área superficial específica na gama de 50 a 1.000 m2/g, e adequadamente de 100 a 950 m2/g. Numa concretização particularmente preferida, é feito uso de um sol de sílica possuindo um valor-S dentro da gama de 8 a 45%, preferivelmente de 10 a 30%, contendo partículas de sílica com uma área superficial específica na gama de 750 a 1.000
87 404 ΕΡ Ο 752 496 / ΡΤ 8 m2/g, preferivelmente de 800 a 950 m2/g, que são superficialmente modificadas com alumínio a um grau de 2 a 25% de substituição de átomos de silício, tal como divulgado em US-A-3,368,833. O valor-S pode ser medido e calculado como descrito por ller e Dalton em J. Phys. Chem., 60(1956), 955-957. O valor-S indica o grau de agregação ou formação de microgel e um baixo valor-S é indicativo de um maior grau de agregação.
De acordo com outra concretização preferida do invento, é feito uso de um ácido polissilícico possuindo uma elevada área superficial específica, adequadamente superior a cerca de 1.000 m2/g. Na arte, o ácido polissilícico é também referido como ácido silícico polimérico, microgel de ácido polissilícico e microgel de polissilicato, estando todos englobados no termo ácido polissilícico. Adequadamente, o ácido polissilícico possui uma área superficial específica dentro da gama de 1.000 a 1.700 m2/g, preferivelmente de 1.050 a 1.600 nr/g. os ácidos polissilícicos que podem ser utilizados de acordo com o presente invento incluem os divulgados em US A 4,388,150, US A-4,954,220, US A 5,127,994 e US-A-5,279,807.
De acordo com outra concretização preferida do invento, é feito uso de sílica coloidal modificada com alumínio ou silicato de alumínio possuindo uma elevada área superficial específica, adequadamente acima de 1.000 m2/g. Na arte, compostos deste tipo são também referidos como polialuminossilicatos e microgeles de polialuminossilicato, os quais estão englobados pelos termos sílica coloidal modificada com alumínio ou silicato de alumínio aqui utilizados. Adequadamente, a área superficial específica está dentro de uma gama de 1.000 a 1.700 m2/g, preferivelmente de 1.050 a 1.600 m2/g. Exemplos de partículas adequadas com base em sílica e de elevada área superficial específica incluem as divulgadas em US-A-4,961,825, US-A-4,980,025, US-A-4,927,498, US-A-5,176,891 e US-A-5,470,435.
Argilas do tipo esmectite que podem ser utilizadas no processo presente são conhecidas na arte e incluem materiais de ocorrência natural, sintéticos e tratados quimicamente. Exemplos de argilas de esmectite adequadas incluem montmorilonite/ bentonite, hectorite, beidelite, nontronite e saponite, preferivelmente bentonite e especialmente a que após entumescimento possui preferivelmente uma área superficial de 400 a 800 m2/g. Bentonites e hectorites adequadas são divulgadas em EP 0235893 e EP 0446205, respectivamente, as quais são aqui incorporadas por referência. Misturas adequadas de partículas com base em sílica e argilas de esmectite, preferivelmente bentonite sódica natural, são divulgadas em WO-A-94/05595, que é igualmente aqui incorporada por referência, em que a razão ponderai partículas com base em sílica para partículas de argila
Χ7 404 ΕΡ 0 752 496 / ΡΤ 9 pode estar na gama de 20:1 a 1:10, preferivelmente de 6:1 a 1:3. Soles úteis de sulfato de titanilo são por exemplo divulgados em EP-A-0148647. A quantidade de partículas inorgânicas aniónicas adicionada à suspensão pode variar dentro de limites amplos, dependendo entre outras coisas do tipo de partículas utilizado. A quantidade é normalmente pelo menos de 0,01 kg/ton e frequentemente pelo menos de 0,05 kg/ton. calculada como partículas secas sobre fibras secas e cargas opcionais. O limite superior pode ser de 10 kg/ton e adequadamente é de 5 kg/ton. Ao utilizar partículas com base em sílica, a quantidade está adequadamente na gama de 0,05 a 5 kg/ton, calculada como SiO: sobre um sistema de matéria-prima seca, e preferivelmente de 0,1 a 2 kg/ton.
No processo presente, é preferível adicionar os polímeros à matéria-prima antes das partículas inorgânicas aniónicas, mesmo que a ordem oposta de adição possa ser utilizada. Prefere-se ainda adicionar o primeiro componente, e.g. os polímeros, antes de uma etapa de corte que pode ser seleccionada por exemplo entre bombagem, mistura, limpeza, etc., e adicionar o segundo componente, e.g. as partículas inorgânicas aniónicas, após essa etapa de corte. O presente processo engloba adicionalmente adições divididas, e.g. pelo menos duas posições para adicionar em simultâneo os polímeros, quer separadamente quer em mistura, e/ou pelo menos duas posições para adição de partículas inorgânicas aniónicas, preferivelmente com uma etapa de corte entre cada adição. Os elevados efeitos de desidratação e retenção observados com os aditivos de acordo com o invento podem ser obtidos sobre uma ampla gama de pH. O pH pode estar na gama de cerca de 3 a cerca de 10, adequadamente acima de 3,5 e preferivelmente na gama de 4 a 9.
Como é evidente, podem ser co-utilizados no processo do invento aditivos que são convencionais no fabrico de papel, tais como por exemplo colas baseadas em resina, dímeros de cetcno ou anidridos alcenilsuccínicos, agentes de resistência a seco, agentes de resistência a húmido, compostos de alumínio, etc. O desempenho melhorado observado no processo do presente invento significa que podem ser obtidos benefícios adicionais, tais como por exemplo uma retenção melhorada de tais aditivos, o que pode conduzir a uma encolagem e resistência do papel melhoradas. Podem ser utilizados compostos de alumínio para melhorar ainda a drenagem e/ou retenção no processo presente. Exemplos de compostos de alumínio que podem ser utilizados incluem alúmen, aluminatos, cloreto de alumínio, nitrato de alumínio e compostos de polialumínio, tais como policloretos de alumínio, polissulfatos de alumínio, compostos de polialumínio contendo ambos os iões cloreto e sulfato e polisilicato-sulfatos de alumínio. A suspensão ou matéria-prima pode conter também cargas minerais dos tipos convencionais, tais como por exemplo caulino, porcelana, dióxido de titânio, gesso,
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talco e carbonatos de cálcio naturais e sintéticos tais como giz, mármore moído e carbonato de cálcio precipitado, O processo de acordo com o invento pode ser utilizado para produzir produtos contendo fibra de celulose na forma de folha ou manta, tais como por exemplo folhas de pasta e papel. É preferível que o presente processo seja utilizado para a produção de papel. O tenno “papel”, tal como aqui utilizado, inclui obviamente não apenas papel e a sua produção mas também outros produtos do tipo folha ou manta, tais como por exemplo cartão e cartolina, e a sua produção. O processo de acordo com o invento pode ser utilizado na produção de produtos do tipo folha ou manta a partir de diferentes tipos de suspensões aquosas contendo fibras celulósicas ou matérias-primas, e as suspensões contêm adequadamente pelo menos 25% em peso c preferivelmente polo menos 50% em peso de tais fibras, com base em substância seca. As suspensões podem ser baseadas em fibras a partir de pasta química, tal como pasta de sulfato e de sulfito, pasta mecânica tal como pasta termomecânica, quimotermomecânica, pasta do refinador e pasta de madeira em aparas, tanto de coníferas como de folhosas, e podem ser também baseadas em fibras recicladas provenientes de pastas destintadas e misturas destas. É preferível que pelo menos 10% em peso e preferivelmente pelo menos 20% em peso da pasta seja derivada de fibra reciclada, pasta destintada, refugo de papel ou pasta mecânica ou qualquer mistura destas. Tais matérias-primas normalmente possuem uma elevada procura catiónica e contêm elevados níveis de refugo aniónico que pode ser constituído por resíduos de pasta, resíduos de branqueamento, resíduos de destintagem, aglutinantes, tintas, cargas, finos, colas, agentes dispersantes e produtos químicos de controlo da deposição. O invento é ilustrado adicionalmente nos Exemplos seguintes, os quais não devem contudo ser entendidos como limitando o invento. As partes e percentagens referem-se a partes em peso e % em peso, respectivamente, excepto quando indicado de outro modo.
Exemplo 1
Nos testes seguintes, o desempenho de drenagem foi avaliado por meio de um analisador dinâmico de drenagem (DDA), disponível a partir de Akribi, Suécia, o qual mede o tempo para drenar um volume estabelecido de matéria-prima através de uma teia quando se remove um tampão e se apbca vácuo ao lado da teia oposto ao lado em que a matéria-prima está presente. 11 ΕΡ Ο 752 496 / ΡΤ A matéria-prima continha 54% de pasta de sulfato branqueada com base numa mistura 60:40 de bétulatpinho, refinada a 200° CSF, 23% de mármore moído e 23% de refugo de papel (papel de revista), possuindo um teor em cinzas de 30%. O volume da matéria-prima era de 800 ml, com consistência de 0,3% e pH a cerca de 7. A matéria-prima foi agitada num vaso com chicanas a uma velocidade de 1500 rpm ao longo do teste e as adições químicas à matéria-prima foram conduzidas da seguinte maneira: i) adição quer de polímero HMW utilizado para efeitos de comparação ou polímero de acordo com o invento seguindo-se agitação durante 30 segundos; ii) adição de partículas inorgânicas aniónicas seguindo-se agitação durante 15 segundos; iii) drenagem da matéria-prima enquanto automaticamente se regista o tempo de drenagem.
Uma mistura de polímeros, aqui designada por Ml, sob a forma de dispersão aquosa de uma poliacrilamida HMW catiónica e um poliacrilato LMW catiónico, foi utilizada no processo de acordo com o invento. A mistura dc polímeros foi preparada através de polimerização de acrilamida (90% molar) e cloreto de metacriloíloxietildimetilbenzilamónio (10% molar) até um peso molecular médio de cerca de 8 milhões, na presença de um homopolímero de cloreto de acriloíloxietiltrimetilamónio possuindo um peso molecular de cerca de 10.000; água desionizada; sulfato de amónio e um iniciador de polimerização. A mistura de polímeros resultante possuía uma razão ponderai de polímero HMW para polímero LMW de 2,7:1, e um teor em polímero seco de cerca de 18,5%. A mistura de polímeros foi diluída até um teor em polímero seco de 0,1% antes de ser utilizada.
Os polímeros utilizados para efeitos de comparação foram: Pl) uma poliacrilamida HMW catiónica possuindo um peso molecular de cerca de 8 milhões; e P2) uma poliacrilamida HMW catiónica possuindo um peso molecular de cerca de 16 milhões. Os polímeros Pl e P2 foram dissolvidos em água e utilizados como soluções aquosas a 0,1%. O material inorgânico aniónico utilizado foi um sol com base em sílica do tipo divulgado em US-A-5,368,833. O sol possuía um valor-S de cerca de 25% e continha partículas de sílica com uma área superficial específica de cerca de 900 m2/g, que foram superficialmente modificadas com alumínio até um grau de 5%. Este sol é designado por Sol 1. O Sol 1 foi adicionado numa quantidade de 0,8 kg/ton, calculada como partículas secas sobre sistema de matéria-prima seca. A Tabela 1 mostra o tempo de drenagem a dosagens variáveis de Pl, P2 e Ml, calculadas como polímero seco sobre um sistema de matéria-prima seca.
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Tabela 1
Polímero Tempo de drenagem (segundos) a uma dosagem de polímero de... utilizado 0,5 kg/ton 0,8 kg/ton 1,2 kg/ton 2,0 kg/ton Pl 15,7 15,4 11,4 6,3 P2 15,7 14,0 11,8 6,6 Ml 14,9 13,0 7,5 4,8
Como se pode observar a partir da Tabela 1, o processo utilizando a mistura de polímeros catiónicos LMW e HMW de acordo com o invento resultou numa drenagem melhorada.
Exemplo 2
Nesta série de testes, a retenção foi avaliada por meio do DDA utilizado no Exemplo 1 em combinação com um nefelómetro. A retenção na primeira passagem foi avaliada medindo a turbidez do filtrado, a água branca, obtido pela drenagem da matéria-prima. Os polímeros e as partículas inorgânicas aniónicas de acordo com o Exemplo 1 foram utilizadas de modo similar nesta série de testes. A Tabela 2 mostra o efeito de retenção medido como turbidez da água branca obtida a dosagens variáveis de Pl, P2 e Ml, calculado como polímero seco sobre sistema de matéria-prima seca.
Tabela 2
Polímero Turbidez (NTU) a uma dosagem de polímero de... utilizado 0,5 kg/ton 0,8 kg/ton 1,2 kg/ton 2,0 kg/ton Pl 236 149 87 42 P2 246 165 100 40 Ml 161 90 53 29
Como se pode observar a partir da Tabela 2, o processo de acordo com o invento utilizando a mistura de polímeros catiónicos LMW e HMW resultou numa retenção de primeira passagem marcadamente melhorada.
13 87 404 ΕΡ 0 752 496 / PT f ..
A
Exemplo 3 A retenção foi avaliada tal como no Exemplo 2, excepto que foram utilizados polímeros diferentes. Foi aplicada a ordem de adição de acordo com o Exemplo 1, excepto quando indicado de outro modo.
Uma mistura de polímeros designada por M2 foi preparada por dissolução da poliacrilamida HMW catiónica P2 de acordo com o Exemplo 1 numa solução aquosa de uma poliamina LMW catiónica possuindo um peso molecular de 50.000, o qual é designado por P3. A mistura M2 possuía uma razão ponderai de P2 para P3 de 2,7:1.
Outra concretização do invento foi testada, em que foi feito uso de uma mistura recém-preparada de P2 e P3. Uma solução aquosa de P2 foi levada a contacto com uma solução aquosa de P3 por meio de um dispositivo misturador, onde as soluções separadas foram intimamente misturadas durante cerca de 2-3 segundos antes de se introduzir a solução resultante na matéria-prima. Os polímeros foram adicionados numa razão ponderai de P2 para P3 de 2,7:1. Esta mistura é designada por M3.
Foi testada uma concretização adicional do invento, designada por Sl, em que P2 e P3 foram adicionados separada mas simultaneamente à matéria-prima, numa razão ponderai de P2 para P3 de 2,7:1. P2 e P3 foram também utilizados para efeitos de comparação, em que P3 foi adicionado à matéria-prima seguindo-se agitação durante 120 segundos antes de ser adicionado P2. Os polímeros foram utilizados numa quantidade correspondente a uma razão ponderai de P2 para P3 de 2,7:1. Na Tabela 3 este teste é designado por P2+P3. Num teste, P2 foi também utilizado como único aditivo de polímero catiónico. A Tabela 3 mostra o efeito de retenção observado quando se adiciona 1,2 kg de polímero total e 0,8 kg de partículas com base em sílica por ton de sistema de matéria-prima seca. Como se pode observar a partir da Tabela 3, foi obtida uma retenção melhorada com processos de acordo com o presente invento. ΕΡ Ο 752 496/ΡΤ
14 • ,ψ
Tabela 3
Turbidez (NTU) Adição total de polímero, 1,2 kg/ton P3+P2 P2 M2 M3 SI 96 101 62 71 83
Exemplo 4 A retenção na primeira passagem foi avaliada tal como no Exemplo 3, excepto que foram utilizados outros tipos de aditivos. A matéria-prima era baseada em 80% de uma mistura 80:20 de pasta termomecânica branqueada com peróxido:pasta de madeira triturada e 20'! o da pasta de acordo com o Exemplo 1. A matéria-prima obtida foi adicionado 30% de porcelana, com base em substância seca, 4 g/1 de acetato de sódio tri-hidratado e 10 mg/1 de extractados. C) volume de matéria-prima era de 800 ml, a consistência de 0,15% e pH de 5,5.
Foram preparadas misturas de polímeros designadas por M4 e M5, por dissolução de poliacrilamida HMW catiónica Pl, de acordo com o Exemplo 1, em soluções aquosas de polímeros LMW. O polímero LMW utilizado em M4 era uma poliacrilamida catiónica possuindo um peso molecular de cerca de 100.000 e uma densidade de carga catiónica de 2,9 meq/g, o qual é designado por P4. A mistura M4 possuía uma razão ponderai de P4 para Pl de 1:1. O polímero LMW utiIrado em M5 era um amido catiónico possuindo um peso molecular de cerca de 400.000 uma densidade de carga catiónica de 2,5 meq/g, o qual é designado por P5. A mistura M5 possuía uma razão ponderai de P5 para Pl de 1:1.
As misturas de polímeros foram comparadas com processos da arte anterior, em que os polímeros Pl, P4 e P5 foram adicionados separadamente e em que os polímeros LMW foram adicionados à matéria-prima, seguindo-se agitação durante 30 segundos antes de se adicionar Pl As razões ponderais de P4:P1 e P5:P1 eram ambas de 1:1. Estes testes de comparação são designados por P4+P1 e P5+P1.
Os materiais de partículas inorgânicas aniónicas utilizados foram o Sol 1, de acordo com o Exemplo 1, e um sol de sílica do tipo divulgado em US 4,388,150, que continha partículas de sílica com uma área superficial específica de 500 m2/g, o qual é designado por Sol 2. A quantidade de Sol 1 e Sol 2 adicionada era de 3,0 e 6,0 kg/ton, respectivamente, calculada como partículas secas sobre sistema de matéria-prima seca. A Tabela 4 mostra o efeito de retenção, medido como turbidez, ao serem utilizadas
87 404 ΕΡ 0 752 496 / ΡΤ 15 quantidades variáveis de polímero, calculadas como polímero seco sobre sistema de matéria-prima seca, em combinação com os soles.
Tabela 4
Polímero Sol Turbidez (NTU) a uma dosagem de polímero de... (kg/ton) utilizado utilizado 1,0 2,0 3,0 4,0 6,0 8,0 10,0 P4+P1 Sul 1 100 72 50 44 - 16 - M4 Sol 1 80 59 45 40 - 8 - P4+P1 Sol 2 - - - - 37 30 32 M4 Sol 2 - - - - 27 17 13 P5+P1 Sol 1 - 62 - 42 - 13 13 M5 Sol 1 - 61 - 38 - 9 4
Exemplo 5
Foi seguido o procedimento do Exemplo 4, com a excepção de serem utilizados diferentes polímeros. Amido de batata catiónico, designado por P6, foi utilizado como polímero HMW e a poliamina P3 de acordo com o Exemplo 3 foi utilizada como polímero LMW. Uma mistura de polímeros designada por M6 foi obtida por mistura dos polímeros na forma de soluções aquosas, com uma razão ponderai de P6 para P3 de 5:1. A Tabela 5 mostra o efeito de retenção obtido com quantidades variáveis de P3+P6 e M6, calculado como polímero seco sobre sistema de matéria-prima seca, quando os polímeros foram usados combinados com Sol 1, adicionado numa quantidade de 3,0 kg/ton.
Tabela 5
Polímero Turbidez (NTU) a uma dosagem de polímero de... utilizado 18 kg/ton 24 kg/ton P3+P6 28 27 M6 20 18
Exemplo 6
Outros polímeros catiónicos e partículas inorgânicas aniónicas foram avaliados quanto a desempenho de retenção por meio de um vaso de drenagem dinâmica Britt, a uma 16 87 404 ΕΡ 0 752496/PT velocidade de agitação de 1.000 rpm, o que é convencional na arte. A matéria-prima e os polímeros utilizados no Exemplo 4 foram utilizados de modo similar nesta série de testes. As partículas inorgânicas amónicas utilizadas eram uma suspensão do tipo divulgado em WO-A-94/05595, contendo partículas com base em sílica de acordo com o Exemplo 1 e bentonite sódica natural, numa razão ponderai de 2:1, designada por Susp 1, e uma suspensão de bentonite sódica natural, designada por Susp 2. A quantidade de Susp 1 e Susp 2 adicionada era de 4,0 e 6,0 kg/ton, respectivamente, calculada em seco sobre sistema de matéria-prima seca. A Tabela 6 mostra a retenção de primeira passagem de fmos e cargas a quantidades variáveis de polímero, calculada como polímeros secos sobre sistema de matéria-prima seca.
Tabela 6
Polímeio Suspensão Retenção (%) a unia dosage m de polímeio de... (kg/ion) utilizado utilizada 1 2 4 5 P4+P1 Susp 1 26,1 32,2 56,7 70,5 M4 Susp 1 29,4 43,0 61,9 75,1 P4+P1 Susp 2 - 43,5 43,5 - M4 Susp 2 - 46,5 61,6 -
Lisboa, âí
Por Eka Chemicals AB - O AGENTE OFICIAL -
Eng.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREiRA Ag. Of. Pr. Irtd· Rua das Flores, 74-4.° 1200-195 LISBOA

Claims (14)

  1. 87 404 ΕΡ 0 752 496/PT 1/2 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para produção de papel a partir de uma suspensão de fibras contendo celulose e cargas opcionais, em que um polímero orgânico catiónico de baixo peso molecular, um polímero catiónico ou anfótero de elevado peso molecular e partículas inorgânicas aniónicas são adicionados à suspensão e a suspensão é formada e drenada numa teia, caracterizado por o polímero de baixo peso molecular possuir um peso molecular inferior a 700.000, o polímero de elevado peso molecular possuir um peso molecular superior a 1.000.000 e os referidos polímeros serem adicionados em simultâneo à suspensão, substancialmente sem diferença de tempo e essencialmente na mesma posição.
  2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o polímero de baixo peso molecular e o polímero de elevado peso molecular serem adicionados à suspensão sob a forma de uma mistura.
  3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o polímero de baixo peso molecular e o polímero de elevado peso molecular serem adicionados à suspensão em simultâneo mas separadamente.
  4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por o polímero de elevado peso molecular ser amido catiónico, goma de guar catiónica ou um polímero catiónico com base em acrilamida.
  5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado por o polímero de baixo peso molecular ser amido modificado, poliamina, imina de polietileno, poliamidoamina/epicloridrina, dimetilamina/epicloridrina ou um homo- ou co-polímero com base em monómeros seleccionados a partir de cloreto de dialildimetilamónio, vinilaminas, (met)acrilamidas, (met)acrilatos ou misturas destes.
  6. 6. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado por a razão ponderai de polímero de elevado peso molecular para polímero de baixo peso molecular estar na gama de 9:1 a 1:3.
  7. 7. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado por o polímero de baixo peso molecular possuir uma cationicidade superior e/ou densidade de carga catiónica superior à do polímero de elevado peso molecular. S7 404 EP 0 752 496 / PT 2/2
  8. 8. Processo de acordo com qualquer reivindicação precedente, caracterizado por as partículas inorgânicas aniónicas serem partículas com base em sílica.
  9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por as partículas com base em sílica serem sílica coloidal, sílica coloidal modificada com alumínio, aluminossilicato coloidal ou ácido polissílicico.
  10. 10. Processo de acordo com qualquer das reivindicações i a 7, caracterizado por as partículas inorgânicas aniónicas serem bentonite.
  11. 11. Mistura de polímeros sob a forma de dispersão aquosa, caracterizado por compreender pelo menos um polímero catiónico ou anfótero de elevado peso molecular e com base cm acrilamida, possuindo um peso molecular superior a 1.000.000, pelo menos um polímero orgânico catiónico de baixo peso molecular possuindo um peso molecular inferior a 700,000 e pelo menos um sal inorgânico solúvel em água, em que a razão ponderai do referido polímero de elevado peso molecular para o referido polímero de baixo peso molecular está na gama de 9:1 a 1:2 e a dispersão compreende partículas de polímero catiónico ou anfótero dc elevado peso molecular com base em acrilamida.
  12. 12. Mistura dc polímeros dc acordo com a reivindicação 11, caracterizada por o polímero de elevado peso molecular com base em acrilamida ser catiónico e o polímero catiónico de baixo peso molecular ser um homo- ou co-polímero com base em monómeros seleccionados a partir de cloreto de dialildimetilamónio, (met)acrilamidas, (met)acrilatos ou misturas destes.
  13. 13. Mistura de polímeros de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizada por o teor em polímero seco variar de 10 a 60% em peso.
  14. 14. Mistura de polímeros de acordo com a reivindicação 11, 12 ou 13, caracterizada por o sal inorgânico ser sulfato de sódio, sulíâto de amónio, sulíato de magnésio ou sulfato de alumínio, e o sal inorgânico estar presente numa quantidade de pelo menos 5% em peso, com base na dispersão Lisboa, -á £11 Por Eka Chemicals AB - O AGENTE OFICIAL -
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