PT99433A

PT99433A - Processo de producao de papel

Info

Publication number: PT99433A
Application number: PT99433A
Authority: PT
Inventors: Jean Cluyse; Philip Ford; Peter Lowry
Original assignee: Allied Colloids Ltd
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1992-09-30
Also published as: AU641054B2; NZ240469A; DE69111982D1; US5223098A; CA2054829A1; FI915190A; EP0485124A1; JPH04281095A; FI108059B; BR9104821A; ZA918775B; EP0485124B1; DK0485124T3; KR0178531B1; DE69111982T2; AU8697591A; CA2054829C; PH29987A; ES2075939T3; GB9024016D0

Description

73 317 60/3172/38 -2-

MEMÓRIA DESCRITIVA

Este invento refere-se em primeiro lugar a processos de produção de papel e em particular ao fornecimento de argilas bentoníticas incháveis numa forma que é particularmente conveniente para utilizar em instalações de produção de papel. O invento também se refere ao fornecimento de tais dispersões para outros propósitos. São conhecidos muitos processos nos quais o papel é produzido pelo fornecimento de uma suspensão celulósica a uma instalação de produção de papel, a mistura de uma argila bentonítica inchável na suspensão celulósica, enquanto a argila está na forma de uma dispersão aquosa e pela drenagem da suspensão celulósica. Não é possível adicionar de maneira eficaz o pó directamente à suspensão celulósica aquosa, uma vez que tal adição não é suficientemente uniforme por toda a suspensão. Em alternativa, o pó tem de ser convertido numa dispersão aquosa relativamente diluída, e esta lama é então adicionada à suspensão aquosa. A dispersão aquosa tem de ser relativamente diluída (normalmente abaixo de 10 % e frequentemente abaixo de 5 % de peso seco de bentonite com base no peso total da dispersão) porque a bentonite na dispersão incha e se a dispersão for mais concentrada então as suas propriedades tornam a dispersão inconveniente para manusear e misturar. Deste modo a dispersão terá uma viscosidade muito alta e será normalmente tixotrópica e assim pode conduzir à formação de gel. A bentonite é geralmente fornecida como um pó de partículas de tamanho pequeno, e isto pode dar problemas devido às propriedades de escoamento pobres e ao risco de empoeiramento. Em alternativa, a bentonite pode ser fornecida em agregados ou grânulos. A bentonite é normalmente fornecida em combinação com um activador que promoverá o inchamento em contacto com a água. O activador é geralmente uma fonte de sódio que pode ser

73 317 60/3172/38 -3- permutado com cálcio na bentonite. Por exemplo, a bentonras set pode ser fornecida como uma mistura com, de 3 a 10 % em peso de carbonato de sódio. É também conhecido que é possível diluir a bentonite pela adição de pequenas quantidades, geralmente abaixo de 1 %, de polímeros aniónicos ou não iónicos. A dispersão aquosa inicial de bentonite que se forma tem de ser relativamente diluída, tipicamente abaixo de 10 % e frequentemente abaixo de 5 % em peso seco de bentonite com base no peso total da dispersão, porque de outra forma a dispersão terá propriedades que a tornam inconveniente para manusear e misturar. Isto acontece porque a bentonite incha rapidamente na dispersão e não apenas tende a conferir alta viscosidade mas conferirá também características reológicas tixotrópicas. Assim, com a remoção do corte, a viscosidade aumentará com o tempo e se a dispersão está insuficientemente diluída levará à formação de um gel com o resultado de a dispersão já não ser fluida e não poder ser manuseada satisfatoriamente através de bombas convencionais. A formação da dispersão diluída fluida de bentonite inchada a partir de bentonite seca necessita da mistura vigorosa de bentonite seca com água e por um período prolongado, por exemplo através de mistura em tambor ("tumble mixing”) durante duas horas. Como a dispersão tem de ser diluída e a mistura demora muito tempo, é necessária a provisão de um investimento de capital elevado em equipamento de mistura.

Além disso, o utilizador tem de estar equipado para manusear os sólidos iniciais, e se for utilizada bentonite em pó fino convencional, então é necessário equipamento que evite dificuldades no escoamento e empoeiramento. O utilizador também deve ter, é claro, equipamento para manusear e utilizar a dispersão fluida aquosa diluída.

Seria desejável conseguir proporcionar a bentonite na forma

73 317 60/3172/38 -4-de uma dispersão concentrada fluida que poderia ser facilmente diluída até uma concentração adequada na instalação de produção de papel apenas por simples mistura com água. Assim seria desejával conseguir eliminar a necessidade de mistura prolongada e vigorosa das dispersães diluídas e seria desejável, na maior parte dos casos, abastecer o utilizador com um fluido, de modo a eliminar a necessidade do utilizador ter equipamento para o manuseamento de sólidos e de líquidos.

Na patente JP-A-6461588 (Sho 62-216354) é proposta a adição de bentonite a uma suspensão aquosa simultaneamente com um composto aniónico de elevada massa molecular. Nos exemplos, os compostos aniónicos relevantes têm viscosidade intrínseca variando de 2,1 a 10, e isto indicaria massas moleculares bem superiores a 1 milhão. No exemplo, a bentonite e o composto aniónico de elevada massa molecular são levados a uma forma adequada para adição à suspensão celulósica aquosa através da dispersão em 99 partes em peso de água de uma mistura de 0,9 partes em peso de bentonite e 0,1 partes em peso do composto iónico de elevada massa molecular. Por consequência, isto é apenas outra divulgação de um processo no qual a instalação de produção dispersa bentonite em pó em água, e difere das técnicas convencionais apenas por incluir algum polímero aniónico de elevada massa molecular com a bentonite, e não traz qualquer contribuição para resolver o problema acima referido.

Quando a bentonite tiver inchado em água, as partículas finas iniciais de bentonite (que deram previamente uma grande área de partícula) ter-se-ão quebrado pelo que há um inchamento enorme na área superficial da bentonite, e pode ser considerado por isso que as partículas pequenas tenham sido quebradas pelo inchamento num número muito grande de partículas ainda mais pequenas. É a enorme área superficial resultante da bentonite que contribui para o seu sucesso em muitos processos de produção de papel. Uma desvantagem da adição da bentonite em combinação com um polímero aniónico de elevada massa molecular, tal como é referido na patente JP-A-6461588, é que o polímero aniónico de elevada massa molecular terá uma tendência para flocular a

73 317 60/3172/38 -5-bentonite e por isso embora possa ocorrer algum inchamento haverá uma tendência para as partículas inchadas muito finas se agregarem, com o resultado da área superficial eficaz da bentonite inchada ser grandemente reduzida. Isto é claro, altamente indesejável nestas circunstâncias onde, como é muitas vezes o caso, é requerida a maior área superficial possível. É conhecida (por exemplo, na patente americana 3 705 838) a mistura de bentonite com um sal metálico inorgânico tal como carbonato de cálcio e um ácido gordo de modo a inibir o inchamento e molhagem numa composição de cobertura à prova de água. Tem sido também proposto adicionar certos electrólitos para inibir o inchamento da bentonite em lama de perfuração e para reduzir a viscosidade de suspensões de argila de modo a permitir o seu transporte através de linhas de condutas. A utilização de electrólitos para inibir o inchamento de argilas é também descrito por Sych no Jornal do Kharrkov Polytechnic Institute 1968, 26 (74), 23 a 28. É igualmente prática normal incluir algum electrólito com bentonite seca como activador para promover a dispersão da bentonite seca em água, por exemplo como é descrito na patente JP-A-6445754.

Tem havido também algumas sugestões para utilizar dispersões de bentonite contendo poli-electrólito polimérico na produção de papel. Por exemplo, nas patentes americanas 4 613 542 e 4 624 982 a fluidez de uma dispersão de argila em água é promovida pela inclusão de uma pequena quantidade (por exemplo 0,25 % baseada em bentonite) de poli(acrilato de sódio) de baixa massa molecular ou outro polímero acrílico, e nos Exemplos o produto é subsequentemente seco e aquecido para recuperar a capacidade da bentonite em inchar. Igualmente Derrick, por exemplo, na patente EP 373 306 e na patente americana 5 015 334, descreve processos de produção de papel nos quais a bentonite é fornecida em associação com um polímero orgânico aniónico. Ele especifica que a dispersão deve ter uma concentração em argila de pelo menos 5 %

73 317 60/3172/38 -6-até uma concentração máxima à qual seja bombável e que é de preferência superior a 10 % e até por exemplo 25 % (patente americana 5 015 334, coluna 4 linhas 14 a 18). Contudo, não há descrição clara de como podem ser obtidas na realidade as concentrações de argila.

Apesar do conhecimento há muito estabelecido de que é possível reduzir a viscosidade de uma dispersão de bentonite através da inclusão de certos materiais dissolvidos na dispersão, a prática tradicional tem sido a de fornecer a instalação de produção com bentonite em pó, para então a instalação de produção fazer uma dispersão diluída por mistura desta bentonite em pó com água. Como foi mencionado acima, isto é difícil de realizar satisfatoriamente. A descrição, por exemplo, na patente americana 5 015 334 não proporciona qualquer ensinamento significativo da possibilidade de uma mudança nesta situação.

Um processo de acordo com o invento para a produção de papel compreende o fornecimento de uma suspensão celulósica a uma instalação de produção de papel,a mistura de uma argila bentonítica inchável na suspensão celulósica enquanto a argila está na forma de uma dispersão aquosa e a drenagem da suspensão celulósica, caracterizado por a argila bentonítica inchável ser fornecida à instalação de produção de papel como uma dispersão concentrada fluida e a argila ser misturada com a suspensão celulósica na forma desta dispersão concentrada ou na forma de uma dispersão diluída, obtida por diluição da dispersão concentrada, compreendendo a dispersão concentrada pelo menos 15 % (peso seco) da argila bentonítica inchável dispersa, na forma substancialmente não inchada, num meio aquoso contendo electrólito monomérico dissolvido, suficiente para evitar o inchamento substancial da argila bentonítica inchável. A argila bentonítica inchável é muitas vezes fornecida como uma mistura com um activador (como discutido abaixo) e contendo água que tenha sido absorvida da atmosfera. Por exemplo, um material comercial típico vendido como uma argila tipo bentonite podia conter cerca de 5 % de activador, 10 a 15 % de água

73 317 60/3172/38 -7 absorvida mensurável e o balanço (para 100 %) do próprio mineral. Na especificação, as percentagens e concentrações são calculadas na base do próprio mineral (ou seja, excluindo o activador e a água absorvida mensurável). A suspensão celulósica é fornecida à fábrica de papel por redução a pasta da pasta seca ou, numa instalação de produção integrada, por técnicas convencionais de redução a pasta. A argila bentonítica inchável é fornecida à instalação de produção como uma dispersão concentrada fluida por envio do concentrado para a instalação de produção ou por produção do concentrado na instalação de produção por mistura de bentonite seca, electrólito e água, como acima descrito. A bentonite pode ser misturada com a suspensão celulósica no estado de matéria prima espessa (ou seja, antes da diluição da suspensão até à concentração final à qual é drenada) ou no estado de matéria prima fina. A bentonite pode ser adicionada como concentrado ou como uma dispersão obtida por diluição deste concentrado. É necessário assegurar que a bentonite é distribuída uniformemente por toda a suspensão celulósica e é normalmente mais fácil alcançar isto adicionando-a como uma dispersão diluída. Contudo, se se tiver cuidado em assegurar uma mistura adequada, pode ser adicionada como um concentrado.

Quando a bentonite é adicionada como uma dispersão diluída, pode ser adicionada numa forma em que a concentração do electrólito seja ainda suficientemente alta para que a bentonite esteja na forma substancialmente não inchada, mas de preferência a dispersão concentrada é diluída com água para formar uma dispersão aquosa diluída contendo menos do que 10 % (peso seco) de argila bentonítica inchável na qual a argila está na forma inchada antes da adição à suspensão celulósica.

Uma característica importante do invento é o de ser possível fornecer a argila bentonítica inchável numa dispersão tendo uma

73 317 60/3172/38 -8-quantidade muito alta de sólidos contendo electrólito inorgânico suficiente, substancialmente para evitar o inchamento, e então para permitir a bentonite inchar (antes da adição da suspensão celulósica ou após a adição) como resultado da diluição da concentração do electrólito.

Os polímeros aniónicos que têm sido propostos, por exemplo, na patente americana 5 015 334 são muito menos eficazes em permitir a provisão de uma dispersão de argila bentonítica inchável concentrada, fluida, não inchada e por isso não permitem os teores elevados em argila que são conseguidos no invento. Em particular, no invento, é fácil na prática obter uma suspensão concentrada fluida contendo pelo menos 15 % de argila bentonítica inchável com quantidades relativamente baixas de electrólito adicionado, por exemplo, não mais do que 7 % e frequentemente não mais do que 5 % de electrólito, em peso de electrólito com base no volume da dispersão fluida. Se são utilizados electrólitos poliméricos, é necessário aumentar a quantidade de polímero (e isto pode ser desnecessariamente caro e pode ter outros efeitos indesejáveis) ou reduzir a quantidade de bentonite. 0 concentrado fluido da bentonite substancialmente não inchada pode ser produzido por mistura de bentonite em qualquer forma física conveniente, normalmente um pó ou granulado, com a solução aquosa de electrólito. Muitas vezes são misturados a bentonite em pó, o electrólito em pó e água, e frequentemente a bentonite e o electrólito são fornecidos como uma pré-mistura. A bentonite (e o electrólito se estiver presente como um sólido) podem ser fornecidos em pó mas é particularmente preferido fornecê-los na forma de agregados ou grânulos que se desintegrarão com a adição de água. A bentonite pode estar isenta de aditivos tais como activadores e diluentes mas a bentonite é convenientemente uma fonte comercial de bentonite a qual pode já conter algum activador tal como carbonato de sódio ou outro electrólito. Contudo a quantidade de electrólito que é habitualmente adicionada como um activador é insuficiente para evitar o inchamento da bentonite nos concentrados fluidos, e por isso deve ser incluído electrólito adicional.

73 317 60/3172/38 -9- O concentrado fluido pode ser produzido por mistura da bentonite seca com água e adição de electrólito (e opcionalmente um dispersante e/ou estabilizador) com agitação suficiente e por um período suficiente para se obter uma dispersão estável e homogénea. Dado que a bentonite não incha significativamente, esta mistura pode ser obtida muito mais facilmente do que quando a bentonite é convertida, numa única etapa, de uma forma seca numa dispersão inchada diluída. Além disso, o volume do equipamento de mistura requerido para esta etapa é muito menor do que o volume que é requerido para a conversão da bentonite seca numa dispersão inchada diluída. Por exemplo, o concentrado pode ser produzido apenas por mistura dos ingredientes durante 1 a 10 minutos utilizando um qualquer misturador convencional munido de meios de agitação moderadamente vigorosos, tal como um misturador de tambor rotativo ou um misturador adaptado com um agitador. Normalmente o concentrado pode ser produzido por mistura do concentrado a 8,33 Hz (500 rpm) durante 5 minutos.

Em alternativa, a bentonite e o electrólito podem ser misturados secos nas quantidades apropriadas e sendo adicionada água fresca para dar o concentrado com elevado teor em sólidos requerido através de, por exemplo, mistura a 8,33 Hz (500 rpm) durante 5 minutos. A bentonite e o electrólito podem ser aglomerados ou granulados para assegurar a mistura completa dos componentes secos e facilitar o manuseamento. Ao produto misturado seco, aglomerado ou granulado, pode ser adicionada água fresca nas quantidades apropriadas para se obter a lama fluida com elevado teor em sólidos, de acordo com o invento.

Isto pode ser realizado em qualquer local conveniente, incluindo o local do utilizador final, onde o benefício para o utilizador seria o reduzido tamanho e custo do equipamento necessário para preparar as lamas aquosas. A fluidez do concentrado diminuirá com o aumento da quantidade de bentonite e geralmente a composição conterá a maior

73 317 60/3172/38 quantidade de bentonite possível, compatível com a fluidez que é requerida para o equipamento de manuseamento que é utilizado na produção e utilização da composição. De preferência, a composição fluida tem uma viscosidade inferior a 5 Pa s (50 poise) a 20 9C medida por um viscosimetro Brookfield RVT, fuso 4, 0,33 Hz (20 rpm) e a resistência de gel de 10 minutos é de preferência inferior a 4,8 Pa (10 lb/100 ft2) se medida por um viscosimetro de Fann a 0,05 Hz (3 rpm).

Por causa da bentonite estar muito menos inchada do que estaria quando o concentrado é misturado com água, a quantidade de bentonite no concentrado pode ser muito maior (para fluidez equivalente) do que se a bentonite tivesse sido dispersa em água sem a adição do electrólito que é requerido no invento. Normalmente a quantidade de bentonite é superior a cerca de 15 % e frequentemente é superior a 20 % e em alguns casos pode ser superior a 30 % e até mesmo 35 %, em peso da composição total. Isto compara-se com composições que estão substancialmente isentas do electrólito ou que contêm apenas quantidades de activação do electrólito e que não podem normalmente conter mais do que cerca de 10 % de bentonite, e frequentemente contêm apenas cerca de 5 % de bentonite e até mesmo menos, embora mantendo fluidez e outras propriedades reológicas adequadas.

Pode ser utilizado qualquer electrólito monomérico (ou mistura de electrólitos) que, na concentração em que está presente, cause a inibição suficiente do inchamento da bentonite desde que permita à bentonite inchar suficientemente para a sua aplicação planeada quando o concentrado fluido é diluído com água. 0 electrólito total pode consistir apenas em material que é adicionado à bentonite, substancialmente isento de activador ou outro electrólito, mas muitas vezes o electrólito total consiste em electrólito activador (tal como carbonato de sódio) e electrólito adicionado.

Os electrólitos adicionados que contêm catiões divalentes ou com maior valência (por exemplo, cálcio) podem ser utilizados em -11- 73 317 60/3172/38 alguns casos mas estes iões divalentes tendem a trocar com os iões sódio que estão presentes inicialmente na bentonite e isto pode inibir o inchamento subsequente da bentonite. É geralmente preferido por isso que os catiões do electrólito sejam monovalentes, e em particular de amónio ou de metais alcalinos, geralmente sódio. O electrólito adicionado deve consistir em ou compreender electrólito monomérico, isto é, que não seja polimérico. 0 electrólito adicionado é, de preferência, totalmente inorgânico. É por vezes desejável incluir também um electrólito orgânico polimérico, tal como sais de qualquer metal alcalino ou de amónio (geralmente de sódio) de polímero de baixa massa molecular que seja homopolímero de ácidos carboxílico ou sulfónico etilenicamente insaturados, ou copolimeros de um ou de ambos com um monómero não-iónico, tal como a acrilamida. Um electrólito polimérico orgânico preferido é o poli(acrilato de sódio), mas podem ser utilizados outros sais de poli(ácido acrílico). A massa molecular é, de preferência, relativamente baixa, caso contrário o polímero pode ter uma tendência para causar floculação ou coagulação, e isto pode reduzir significativamente a área superficial disponível e as características de desempenho da bentonite após inchamento na água. Geralmente a massa molecular deve ser inferior a cerca de 20 000, e frequentemente é inferior a 10 000 , por exemplo 1 000 a 5 000. Este electrólito orgânico é geralmente incluído em primeiro lugar como um inibidor da formação de incrustações e/ou como um dispersante e por isso está presente normalmente em quantidades pequenas, por exemplo, até 2 ou 3 %, com base no fluido.

Podem ser utilizados polímeros inorgânicos, tais como polifosfatos.

Contudo, o electrólito adicionado é de preferência um simples sal de sódio ou de amónio, ou outro monovalente, por exemplo um cloreto, sulfato ou carbonato ou outro anião de um ácido não polimérico, de preferência um ácido inorgânico.

73 317 60/3172/38 -12-

Embora a presença do electrólito iniba ou evite o inchamento da bentonite e assim evite que a composição perca fluidez devido à formação de gel, aos elevados teores em sólidos que podem agora ser proporcionados, deve haver uma tendência para pelo menos parte do concentrado perder a fluidez como resultado da sedimentação dos sólidos no concentrado. Esta tendência pode ser inibida por adição de um polímero estabilizador. Este polímero estabilizador pode ele próprio ser um electrólito mas isto é geralmente desnecessário e, em particular, é desejável selec-cionar um polímero estabilizador que não cause floculação ou coagulação significativas. Os polímeros adequados incluem polímeros incháveis em água ou solúveis em água que podem ser derivados celulósicos, e.g. metilcelulose, hidroxietilcelulose e carboximetilcelulose, alginato de sódio ou amido ou outros polímeros naturais ou outros polímeros acrílicos ou sintéticos. Polímeros preferidos incluem polímeros associativos tais como os que são descritos na patente EP 216 479 (por exemplo no seu Exemplo 1) ou na arte anterior discutida na patente EP 216 479. 0 polímero associativo pode ser reticulado. Os polímeros estabilizadores são incluídos tipicamente em quantidades de l a 50, frequentemente de cerca de 5 a 20, gramas por litro de concentrado. A quantidade total do electrólito, ou dos electrólitos, escolhidos deve ser tal que evite a hidratação e inchamento da bentonite no electrólito aquoso, numa extensão tal que o concentrado se mantenha fluido mesmo após repouso durante um período prolongado. A quantidade é geralmente de 20 a 200 gramas de electrólito (peso seco) por litro de fluido. Quando a quantidade total de electrólito consiste apenas em simples sais inorgânicos, a quantidade está geralmente na gama de 20 a 150 g/1, muito preferivelmente de cerca de 25 a 100 g/1 (2,5 a 10 %), frequentemente de cerca de 50 g/1 a 75 g/1.

Dado que é geralmente preferida a utilização de bentonite que já inclui electrólito inorgânico activador, as composições fluidas preferidas são as formadas utilizando 5 a 30 g/1 (0,15 a 3 %), frequentemente de cerca de 10 a 20 g/1 de electrólito activador e 10 a 100 g/1 (1 a 10 %), frequentemente de cerca de -13- 73 317 60/3172/38 30 a 60 g/1 de electrólito adicionado. A quantidade total de electrólito que está presente no concentrado, com base no peso seco de bentonite, é geralmente de 8 a 50 %, de preferência 12 a 30 %, frequentemente 15 a 25 %, com base no peso seco de bentonite. Geralmente o peso do electrólito adicionado é de 0,5 a 5, frequentemente 1 a 3, vezes o peso de qualquer electrólito activador que possa estar presente no início.

Tal como foi mencionado, é possível incluir também um electrólito polimérico, por exemplo poli(acrilato de sódio) de baixa massa molecular. Geralmente, materiais como estes são apenas adicionados como dispersantes ou inibidores da formação de incrustações, pelo que a quantidade será geralmente baixa, por exemplo 0,1 a 2 %, frequentemente de cerca de 0,2 a 1 % (peso por volume). Contudo, é possível utilizar maiores quantidades, por exemplo até 15 %, pelo que a quantidade de electrólito inorgânico pode ser reduzida. Contudo, cairá ainda geralmente dentro da gama preferida de 2,5 a 10 %. A água que é utilizada para diluir o concentrado, para formar a dispersão inchada diluida, pode ser água fresca ou qualquer meio aquoso (por exemplo, a suspensão celulósica) que fornecerá um efeito de diluição suficiente no electrólito para reduzir a concentração do electrólito até um valor ao qual tenha pouco ou nenhum efeito inibidor no inchamento da bentonite, e geralmente a concentração do electrólito total do meio aquoso final é inferior a 10 g/1, de preferência inferior a 5 g/1 e frequentemente inferior a 1 g/1. A presença de sais de dureza na água de diluição pode inibir o inchamento da bentonite, e por isso se a água de diluição contiver sais de dureza tais como sais de cálcio, a quantidade destes é de preferência inferior a 0,7 g/1, muito preferivelmente inferior a 0,2 g/1. Se a água de diluição contiver quantidades significativas de sais de dureza, o seu efeito pode ser minimizado pela utilização, como o electrólito inicial, de um sal de metal alcalino ou de amónio do mesmo anião. Em particular, é preferida a utilização do carbonato

73 317 60/3172/38 -14- de amónio ou de sódio. É normalmente preferido conseguir o inchamento praticamente total da bentonite antes da adição da composição diluída à suspensão celulósica principal que está para ser drenada e por isso o concentrado fluido é geralmente diluído com pelo menos 5, por exemplo 5 a 50, partes por volume de água de diluição para dar uma concentração de bentonite que é geralmente não mais do que 5 %, ou no máximo 10 %. De preferência, contudo, as razões de diluição são consideravelmente maiores, tipicamente na gama de 10 a 500, de preferência 50 a 200, partes por volume de água de diluição por parte em volume do concentrado fluido uma vez que isto pode conduzir a concentrações de bentonite na composição aquosa diluída na gama de 0,06 a 3 %, de preferência 0,15 a 0,8 %, em peso seco de bentonite com base no peso da composição diluída. A quantidade de bentonite na dispersão diluída será suficientemente baixa para que a dispersão diluída se mantenha suficientemente fluida para ser manuseada convenientemente, e por isso é inferior a 10 %, frequentemente inferior a 5 % e frequentemente inferior a 3 %.

Naturalmente, quando a diluição é directa na suspensão celulósica principal, a concentração final será muito baixa. A mistura do concentrado com a água de diluição pode ser efectuada muito facilmente através de quaisquer meios de mistura convenientes. Por exemplo, pode ser obtida apenas por injecção do concentrado numa corrente de água, seguida opcionalmente pela aplicação de turbulência deliberada à corrente, por forma a promover a mistura. Naturalmente, pode ser necessário proporcionar um adequado tempo de residência, antes de utilizar a dispersão diluída, para permitir o inchamento total da bentonite. O invento proporciona assim a grande vantagem, de a composição diluída poder ser feita utilizando equipamento de mistura extremamente simples e ser eliminada a necessidade de

73 317 60/3172/38 -15- mistura vigorosa e prolongada num grande equipamento de mistura.

Além disso, o concentrado pode ser produzido utilizando equipamento de mistura relativamente simples e pequeno. Assim, o utilizador pode comprar bentonite seca e misturá-la em duas etapas simples ou, mais vulgarmente, pode comprar um concentrado fluido altamente concentrado e convertê-lo na composição diluída desejada através de uma única e muito simples etapa de mistura.

Como argilas bentoníticas incháveis, podem-se utilizar quaisquer das argilas incháveis aniónicas que são referidas convencionalmente como argilas tipo bentonite ou como bentonites. Elas são geralmente esmectites. Os materiais adequados são a sepialite (spialite), a atapulguita (attapulgite) e a montmorilonite (montmorillonite), sendo o último o preferido. As argilas esmectíticas e montmorilonitícas incluem bentonite de Wyoming e Fullers Earth e várias argilas incluindo aquelas conhecidas pelos termos químicos de hectorite e bentonite. Se desejado, as argilas podem ter sido modificadas quimicamente, por exemplo por tratamento alcalino para converter bentonite de cálcio em bentonite de metal alcalino. Como foi acima indicado, a bentonite é geralmente fornecida como uma mistura de argila natural e 2 a 10 % (peso seco de bentonite) de um activador, tal como um sal de metal alcalino. 0 processo de produção de papel do invento pode ser um qualquer processo de produção de papel (incluindo cartão), que inclua a drenagem da suspensão celulósica e produza um material em folhas, que pode então ser seco de uma maneira convencional. É conhecida a inclusão de bentonite nos processos de produção de papel para vários propósitos e o invento é aplicável para todos eles. Por exemplo, a bentonite pode ser incluída com um dispersante de pez.

Um processo de produção de papel a que o invento pode ser aplicado é um processo no qual a bentonite é adicionada a uma suspensão celulósica, tipicamente numa quantidade de 0,02 a 2 % 73 317 60/3172/38 -16-de peso seco e é adicionado subsequentemente um meio ou um auxiliar de retenção polimérica de elevada massa molecular (por exemplo, superior a 500 000), geralmente após o último ponto do corte alto (por exemplo, na caixa de carga imediatamente antes da drenagem). 0 polímero de elevada massa molecular pode ser não iónico, aniónico ou catiónico. A suspensão celulósica pode ser produzida de pasta relativamente pura ou de pasta tendo uma exigência catiónica relativamente alta.

Os processos deste tipo que são de particular valor são aqueles nos quais a pasta tem uma exigência catiónica relativamente alta e o polímero é essencialmente não iónico e o produto papel é de preferência papel de jornal ou papel canelado. Os processos deste tipo, nos quais a quantidade total da carga é relativamente baixa são descritos na patente americana 4 305 781 cuja referência deve ser feita para mais detalhes sobre polímeros adequados e suspensões celulósicas adequadas e que é aqui incorporada para referência. Estes processos são de particular valor quando a suspensão celulósica contém desperdícios descoloridos.

O invento é de particular valor quando aplicado a processos nos quais é adicionado à suspensão aquosa um meio ou um auxiliar de retenção polimérica catiónico de elevada massa molecular, a suspensão é sujeita a corte e a bentonite é então adicionada após o corte, e muitas vezes após o último ponto do corte alto, por exemplo na caixa de carga antes da drenagem. O polímero catiónico pode ser um material natural tal como amido catiónico, mas é de preferência um polímero catiónico sintético substancialmente linear, tendo uma massa molecular superior a 500 000. A quantidade de polímero catiónico que está presente na dispersão na altura do corte deve ser suficiente para se formarem flocos com a adição do polímero e os flocos são partidos com o corte para formar microflocos que resistem a posterior degradação pelo corte, mas que transportam suficiente carga para interagir com a bentonite, para dar melhor retenção do que é alcançável quando se adiciona o polímero sozinho após o -17- 73 317 60/3172/38 último ponto do corte alto. 0 corte pode ser devido apenas à passagem turbulenta ao longo de um tubo ou pode dever-se à passagem através de um peneiro de corte ("centriscreen"), uma bomba ou outro dispositivo de aplicação do corte.

Os processos preferidos incluem aqueles comercializados pelos requerentes sob a marca comercial Hydrocol e os processos preferidos são descritos, por exemplo, nas patentes americanas 4 753 710, 4 913 775 e 4 969 976, sendo todas elas aqui incorporadas para referência. A quantidade óptima do polímero para qualquer processo em particular pode ser determinada por experimentação de rotina, e dependerá inter alia do polímero catiónico ser de baixa ou de média massa molecular, e/ou da resina com resistência em seco ("dry strengh resin"), que tenha sido incorporada na suspensão aquosa em alguma etapa anterior. 0 invento inclui papel produzido através dos processos descritos. 0 invento também inclui outros processos industriais nos quais uma dispersão aquosa fluida diluída, de menos de 10 % (peso seco) de bentonite inchada, é produzida através do fornecimento de uma dispersão aquosa fluida concentrada de mais de 15 % (peso seco) de bentonite substancialmente não inchada a um meio aquoso contendo suficiente electrólito dissolvido para evitar o inchamento substancial da bentonite e formando a dispersão diluída por adição de suficiente quantidade de água à dispersão concentrada, para diluir o electrólito até uma concentração à qual a bentonite sofra um substancial inchamento. 0 invento também inclui uma composição nova, que é uma dispersão aquosa fluida concentrada de mais de 15 % em peso seco de bentonite, substancialmente não inchada, num meio aquoso contendo suficiente electrólito dissolvido para evitar o inchamento substancial da bentonite. Certas composições dentro desta definição geral são particularmente preferidas e são novas, -18- 73 317 60/3172/38 especialmente as composições contendo quantidades relativamente grandes de electrólito simples, tal como carbonato de sódio e cloreto de sódio, e composições que contêm um electrólito inorgânico simples e também um material polimérico que pode ser um agente dispersante ou um agente de suspensão.

Nestes processos, tal como nos processos de produção de papel, a dispersão fluida concentrada pode ser misturada directamente no meio aquoso final no qual vai ser utilizada, pelo que geralmente é convertida numa suspensão aquosa diluída de bentonite inchada, antes da adição da suspensão diluída ao meio aquoso no qual vai ser utilizada.

Tais processos incluem outros processos de acordo com o invento, incluindo processos de viscosificação, tais como processos nos quais a bentonite (como um concentrado fluido contendo electrólito suficiente ou como uma dispersão diluída obtida por diluição do concentrado) é adicionada a um meio aquoso para modificar a sua viscosidade ou outras propriedades reológicas. Estes meios fluidos incluem fluidos de corte ("downhole fluids'1), tais como fluidos de perfuração. A seguir apresentam-se alguns exemplos.

Exemplo 1 São preparados vários concentrados fluidos na forma de lamas móveis de bentonite substancialmente não inchada, por mistura da bentonite contendo 2 a 10 % de activador (geralmente 7 % de carbonato de sódio) numa solução aquosa pré-formada de electrólito adicionado escolhido. Em cada caso, a quantidade de bentonite que foi adicionada foi a quantidade suficiente para tornar a composição estável mesmo após repouso prolongado e exibir uma viscosidade inferior a 10 Pa s (100 poise) a 20 aC medida por um viscosimetro Brookfield RVT, fuso 6, 0,33 Hz (20 rpm) e a resistência de gel de 10 minutos ser inferior a 4,8 Pa (10 lb/100 ft^) se medida por um viscosimetro de Fann a 0,05 Hz (3 rpm). -19- 73 317 60/3172/38

Na tabela seguinte são apresentados a bentonite e o electrólito seleccionados, a dosagem do electrólito e a quantidade máxima de bentonite que podia ser incluída enquanto a composição se mantém fluida, como acima definido:

Bentonite Electrólito Dosagem do % sólidos adicionado Electrólito na lama adicionado (peso/peso) (peso/vol.)

Castanho Inglês Na2C03 " NaCl " 1 Poli(acrilato

II II " Na2S04 " (nh4)2so4

Branco Americano Na2C03 " NaCl " Na2S04 " (NH4)2so4 " 1 Poli(acrilato

II II

Cinzento Inglês NaCl Branco Inglês NaCl Branco Importado NaCl Castanho pálido Inglês NaCl Castanho N.Zelândia NaCl Castanho pálido Importado NaCl 3 % 30 % 3 % 27 % de sódio) 1 % 18 % 5 % 24 % 3 % 22 % 3 % 34 % 3 % 21 % 3 % 27 % 3 % 19 % 3 % 23 % sódio) 1 % 9 % 5 % 14 % 10 % 25 % 3 % 27 % 3 % 27 % 3 % 27 % 3 % 27 % 3 % 27 % 3 % 27 % 1

Os valores nesta tabela mostram que as composições com poli(acrilato de sódio) são inferiores às do invento.

73 317 60/3172/38

Exemplo 2 É conduzido um processo laboratorial para simular o rendimento que será obtido num processo comercial amplo, tal como descrito na patente americana 4 753 710. Assim, é preparada uma matéria prima de desperdício de fibra em laboratório com 0,5 %. É feita uma adição de 1 kg/tonelada (seco em seco) de poli-acrilamida catiónica a 1 000 ml de matéria prima. Isto é então sujeito a corte a 25 Hz (1500 rpm) durante um minuto. Isto é seguido por uma adição de 2 kg/tonelada (seco em seco) de bentonite. Após a adição da bentonite a velocidade de drenagem da matéria prima é avaliada utilizando um aparelho Schopper Riegler modificado.

Num processo do invento, é formado um concentrado fluido por mistura de 27 % em peso de bentonite (que contém 7 % em peso, com base na bentonite, de carbonato de sódio) numa solução aquosa de 30 g/1 de cloreto de sódio. Este concentrado é diluído na razão 270:1 para dar uma composição de bentonite inchada aquosa diluída contendo 0,1 % de bentonite e cerca de 0,1 g/1 de cloreto de sódio. São conduzidas várias comparações não utilizando aditivos, utilizando o polímero sozinho, e utilizando bentonite que foi fornecida como um pó e que foi misturada em tambor durante duas horas, para produzir uma lama de bentonite a 5 % que é então diluída até 0,1 % antes da adição à suspensão celulósica. Em cada caso, é registado o tempo de drenagem. São obtidos os seguintes resultados: (segue Tabela) -21- 73 317 60/3172/38

Tipo de Fornecida Tempo de escoamento

Bentonite como (segundos)

Castanho Inglês 27% em 30 g/1 NaCl 16 Branco Americano 27% em 30 g/1 NaCl 19 Castanho Inglês 5% em água 14 Branco Inglês 5% em água 20 (Polímero sozinho) nenhum 59 (Sem aditivos) nenhum 119

Através destes resultados será visto que o desempenho da bentonite é praticamente inalterável quando fornecido como um fluido do invento em vez de como um pó, mas o processo do invento tem a grande vantagem de ter um melhor manuseamento da bentonite.

Exemplo 3 É repetido o processo de exemplo 2, mas utilizando electrólitos diferentes e água com dureza diferente para a água de diluição. São obtidos os seguintes resultados:

Bentonite Electrólito Dosagem de Electrólito (peso/vol) Dureza da água (Ppm) Tempo de drenagem (segundos) Castanho Inglês NaCl 3 % 0 16 II NaCl 3 % 500 36 II Na2CC>3 3 % 0 19 II Ns^CO^ 3 % 500 22

Exemplo 4 São preparadas várias composições fluidas na forma de lamas móveis de bentonite substancialmente não inchada por mistura de 73 317 60/3172/38 -22-bentonite numa solução aquosa pré-formada do electrólito escolhido. O electrólito escolhido é uma mistura de electrólito simples para suprimir a hidratação da bentonite e poli-electrólitos para proporcionar alguma viscosidade à fase aquosa e aumentar a estabilidade física, ao passo que mantém a lama de bentonite concentrada fluida mesmo após repouso prolongado. Em cada caso, a quantidade de bentonite que foi adicionada foi a quantidade suficiente para tornar a composição

estável mesmo após repouso prolongado e exibir uma viscosidade inferior a 5 Pa s (50 poise) a 20 SC medida por um viscosimetro Brookfield RVT, fuso 4, 1,67 Hz (100 rpm) e a resistência de gel de 10 minutos ser inferior a 4,8 Pa (10 lb/100 ft2) se medida por um viscosimetro de Fann a 0,05 Hz (3 rpm).

Na tabela seguinte são apresentados a bentonite, o electrólito e o poli-electrólito seleccionados e a dosagem do electrólito e do poli-electrólito e a quantidade máxima de bentonite que podia ser incluída enquanto a composição se mantém fluida, como acima indicado:

Bentonite Electrólito Poli- % de sólidos adicionado electrólito na lama (peso/peso) (peso/peso) (peso/peso)

• Castanho Inglês 5% NaCl 0,75% Rheovis CR* II 5% Nci^^O^ 0,75% Rheovis CR* 11 5% 11^2^3 0,75% Rheovis CRX 30 % 30 % 30 % NB. Rheovis CR é linear

Rheovis CRX é reticulado. A Bentonite Castanho Inglês inclui 7 % de Na2C03, com base na bentonite. O Rheovis CR é um copolímero inchável alcalino de um etoxilato de álcool gordo de éter alílico com ácido metacrílico e acrilato de etilo, e Rheovis CRX é uma versão reticulada deste, sendo todos descritos na patente EP-A-216479. 0

73 317 60/3172/38 -23

Rheovis é uma marca comercial da Allied Colloids Ltd.

As formulações acima referidas proporcionam suspensões macias e fluidas sem tendência para formar gel quando em repouso, e a bentonite suspensa sem tendência para sedimentar. Na diluição com água fresca, o desempenho da bentonite é o mesmo das suspensões de bentonite produzida de maneira normal e misturada em tambor em água fresca durante várias horas, para promover a hidratação total.

Exemplo 5

Uma composição preferida para utilização num processo de acordo com a patente americana 4 753 710 (e outros processos de produção de papel, é formada por mistura de cerca de 70 partes em peso de água com 5 partes em peso de cloreto de sódio e 25 partes em peso de uma bentonite comercial que é formada por, aproximadamente, 1 parte de activador electrólito inorgânico, cerca de 3 partes de água mensurável e cerca de 21 partes (peso seco) de argila bentonítica).

Claims

73 317 60/3172/38 -24- REIVINDICACÕES

1 - Processo de produção de papel compreendendo o fornecimento de uma suspensão celulósica a uma instalação de produção de papel, a mistura de uma argila bentonítica inchável com a suspensão, enquanto a argila está na forma de uma dispersão aquosa e a drenagem da pasta celulósica, caracterizado por a argila bentonítica inchável ser fornecida à instalação de produção de papel como uma dispersão concentrada fluida e a argila ser misturada com a suspensão celulósica na forma desta dispersão concentrada ou na forma de uma dispersão diluída, obtida por diluição da dispersão concentrada, compreendendo a dispersão concentrada pelo menos 15 % da argila bentonítica inchável dispersa, na forma substancialmente não inchada, num meio aquoso contendo electrólito monomérico dissolvido, suficiente para evitar o aumento de volume substancial da argila bentonítica inchável.
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dispersão concentrada ser diluída com água para formar uma dispersão aquosa diluída contendo menos de 10 % de argila bentonítica inchável e por a argila estar na forma inchável, sendo então a suspensão aquosa diluída misturada com o sistema celulósico.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dispersão concentrada ter uma viscosidade de pelo menos 5 Pa s (50 poise) a 20 ac medida por um viscosímetro rotativo de Brookfield, fuso 4, 0,33 Hz (20 rpm).
4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dispersão concentrada fluida conter 15 a 30 % em peso seco de bentonite e 2,5 a 10 % em peso de electrólito inorgânico e a quantidade de electrólito baseada na bentonite ser de 10 a 50 %.
5 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o electrólito inorgânico ser seleccionado de entre sais de sódio e de amónio, que são cloretos, sulfatos ou carbonatos. -25- 73 317 60/3172/38
6 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um passo preliminar de formação do concentrado na instalação de produção por mistura de bentonite substancialmente seca com o electrólito e a água.
7 - Processo de acordo com a reivindicação lf caracterizado por ser adicionado um auxiliar de retenção polimérica catiónica à suspensão aquosa, a suspensão ser sujeita a corte, e em seguida a bentonite ser adicionada após o corte.
8 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a bentonite ser adicionada à suspensão e em seguida ser adicionado o auxiliar de retenção polimérica não-iónica, catiónica ou aniónica. Lisboa, -ίλ 8£fc J99f Por ALLIED COLLOIDS LIMITED =0 AGENTE 0FICIAL=

»