COMPOSICION EMULSIONANTE DE UN ANHIDRIDO ALQUENIL-SUCCINICO Y PROCEDIMIENTOS Y USOS CORRESPONDIENTES.

Composición emulsionante de un anhídrido alquenil-succínico y procedimientos y usos correspondientes.

La invención se refiere a una composición capaz de emulsionar los anhídridos alquenil-succínicos (ASA) de fórmula general (I), empleados para conferir hidrofobicidad al papel, proporcionando, además, una mayor resistencia al ácido láctico y al peróxido de hidrógeno. Simplifica y mejora la manera actual de utilizar el ASA. Reduce notablemente la formación da partículas del ácido succínico o de sus sales durante el proceso de fabricación del papel. Permite la simplificación de la unidad de dosificación/emulsificación. La composición puede ser utilizada no solo como encolante en masa sino también como encolante superficial, tanto en una prensa encoladora, como en spray, mezclándola o no con almidón u otros productos compatibles, sobre la mesa o forma de fabricación del papel, sin problemas en las boquillas de pulverización, consiguiéndose un excelente encolado a muy bajo coste y sinperjuicio de la sequería

Composición emulsionante de un anhídrido alquenil-succínico y procedimientos y usos correspondientes.

Campo de la invención

La invención se refiere a una composición emulsionante de un anhidrido alquenil-succínico de fórmula general I

donde

Ra es un alcano C₁₂-C₁₈, y

Rb es un alcano C₁₂-C₁₈.

La invención también se refiere a un procedimiento para la fabricación de una composición emulsionante de acuerdo con la invención, a un procedimiento para la fabricación de una emulsión acuosa de un anhídrido alquenil-succínico de fórmula I, y a un procedimiento para la fabricación de papel o cartón.

La invención se refiere a unos usos de una composición de acuerdo con la invención.

Estado de la técnica

Una de las principales características del papel y productos similares es la hidrofobicidad o resistencia a la penetración de agua u otros líquidos. Los métodos principales para conferir propiedades hidrófobas al papel son el encolado en masa, que afecta a toda la estructura del papel, el encolado superficial, más o menos limitado a la superficie del mismo, y combinaciones de ambos métodos. Los agentes de encolado más habituales en masa son derivados de resinas de colofonia, dimeros de alquil-cetena, anhídridos alquenil-succínicos (denominados usualmente de forma abreviada como ASA), y derivados estirenico/acrílicos. En aplicación superficial encontramos variantes de las mismas bases químicas.

Los ASA (anhídridos alquenil-succínicos) empleados en la fabricación de papel, cartón y productos similares son compuestos de fórmula general I

donde

Ra es un alcano C₁₂-C₁₈, y

Rb es un alcano C₁₂-C₁₈.

Los ASA se vienen empleando con éxito para el encolado del papel porque tiene muchas ventajas. Se trata de encolantes reactivos, es decir, la molécula del producto reacciona con los grupos hidroxilos de la celulosa, de tal manera que se desarrollan enlaces covalentes. Por lo tanto el encolado obtenido con estos productos es mucho más resistente a la penetración de los líquidos que el que se obtiene con resina, ya que la reacción con la celulosa es prácticamente irreversible. Además, debido a la rapidez de reacción con las fibras, se consigue un encolado casi instantáneo, alcanzándose el máximo grado de encolado al final de la sequería, sin precisar de un curado posterior. El rendimiento económico de estos productos es muy alto y se consigue encolar con dosis inferiores a 3 kg. por tonelada de papel seco, dependiendo de las calidades de papel, cuando con otros productos encolantes, como puedan ser los dímeros de alquil-cetena, o las resinas se suelen necesitar entre 6 y 15 Kg. por tonelada de papel para obtener resultados similares.

La reacción del ASA con la celulosa es la siguiente

Para su correcto uso el ASA tiene que ser emulsificado en la fábrica de papel y este conjunto empleado muy rápidamente para limitar la hidrólisis que puede dar problemas graves de depósitos en la parte húmeda de la máquina de papel, principalmente en los primeros fieltros. Hay que señalar que, con el ASA siempre hay competencia entre la reacción con la celulosa y los grupos hidróxilos del agua. Este fenómeno de hidrólisis reduce la eficacia del encolante y además puede dar efectos secundarios desfavorables como los ya citados depósitos que llegan a imposibilitar la fabricación del papel. Las reacciones de hidrólisis pueden ser la hidrólisis ácida y la hidrólisis alcalina. La hidrólisis alcalina es la misma que la hidrólisis ácida pero formando las sales correspondientes al diácido y al medio, normalmente sales cálcicas. Estas sales son particularmente adhesivas y formadoras de depósitos.

Referente al encolado con ASA, es importante mencionar también la problemática de la fabricación de papeles o cartones para el envasado de líquidos (en inglés, liquid packaging board). Estos cartones actualmente no se pueden encolar con ASA porque necesitan tener una alta resistencia al ácido láctico y al peróxido de hidrógeno, ya que se esterilizan con estos productos y el encolado con ASA utilizado de forma convencional no confiere estas resistencias. Por otro lado, los productos y sistemas utilizados actualmente para proporcionar resistencia al ácido láctico y al peróxido de hidrógeno no permiten utilizar el carbonato cálcico como carga en estos papeles, lo que supone un gran inconveniente ya que el carbonato cálcico, además de ser más económico que otras cargas, confiere al papel acabado mayor calidad de impresión y mayor blancura.

La emulsificación de los anhídridos alquenil-succínicos de fórmula general I es conocida pero las técnicas actuales son bastante complicadas. El método más empleado es una mezcla con almidón catiónico mediante una máquina compleja de emulsificación que proporciona la energía mecánica suficiente para mantener un tiempo breve la estabilidad en agua de las partículas hidrofóbicas. Existen otros emulsificantes que facilitan esta labor pero con una eficacia menor, no evitando alguna deposición o problema a lo largo del tiempo y apoyándose en un equipo menos complejo que el necesario con el almidón pero mas complicado que el empleado con esta invención. Todo ello ha hecho que la aplicación del ASA como encolante no se haya generalizado, ya que el coste de la instalación es muy alto, su control requiere una atención continuada y su uso requiere una elevada retención de fibras, lo cual sólo se tiene en máquinas de papel de alta producción donde se puede controlar el tamaño de las fibras (las que usan fibra virgen como materia prima), parámetro difícil de controlar en las fábricas que usan recorte o papel reciclado entre sus materias primas.

Sumario de la invención

La invención tiene por objeto superar estos inconvenientes. Esta finalidad se consigue mediante una composición del tipo indicado al principio caracterizada porque comprende un surfactante no iónico y por lo menos un agente catiónico.

Efectivamente, la composición de acuerdo con la invención se mezcla de manera sencilla y continua con un ASA y consigue una emulsión de éste, de manera que, diluida con agua, puede añadirse a la pasta de papel con el fin de obtener, no solo un alto rendimiento de encolado en el papel terminado, sino evitar los problemas de formación de depósitos de las sales del anhídrido alquenil-succínico hidrolizado ya descritos al hacer referencia a la técnica anterior. Además proporciona al papel una mayor resistencia al ácido láctico y al peróxido de hidrógeno, lo cual es único en el empleo del ASA, pues con las técnicas habituales no se consiguen los valores requeridos.

Las ventajas de la composición objeto de la presente invención, y que constituyere una innovación o mejora de la técnica actual son los siguientes:

a) Sencillez de aplicación. Así por ejemplo, se puede emplear una instalación en la que dos bombas dosificadoras inyectan, la una, el producto objeto de la invención, y la otra, el anhídrido alquenil-succínico, a la línea de entrada de una bomba centrífuga. A la salida de esta bomba centrífuga, en la que se mezclan los productos mencionados, se inyecta agua conduciéndose el flujo hacia una segunda bomba centrífuga, de la cual sale una emulsión acuosa diluida de anhídrido alquenil-succínico disperso que se adiciona directamente al punto del circuito de pasta que se estima conveniente para conseguir el mejor encolado. También puede añadirse al baño de una prensa encoladora o pulverizarla sobre el final de la mesa de fabricación del papel, mezclándola o no con almidón u otros productos compatibles.

b) Reducción de depósitos. La especial formulación del producto objeto de la presente invención permite reducir, por sí mismo, notablemente los depósitos de anhídrido alquenil-succínico hidrolizado, incluso con retenciones bajas de fibras, en comparación con el complicado sistema de emulsificación tradicional con almidón catiónico. Mantiene la suspensión mucho más tiempo estable y reduce la formación...

1. Composición emulsionante de un anhídrido alquenil-succínico de formula I

donde

Ra es un alcano C₁₂-C₁₈,

Rb es un alcano C₁₂-C₁₈,

caracterizada porque comprende un surfactante no iónico y por lo menos un agente catiónico.

2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho surfactante es un surfactante del grupo formado por:

- alcoholes etoxilados,

- alquifenoles etoxilados.

3. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho surfactante es un alcohol etoxilado con entre 6 y 12 átomos de carbono con una etoxilación entre 3 y 6 moles de óxidos de etileno u óxidos de propileno.

4. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho surfactante es un alquilfenol etoxilado con entre 10 y 12 átomos de carbono con una etoxilación entre 20 y 40 moles de óxidos de etileno.

5. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la cantidad de surfactante no iónico presente en la composición oscila entre el 1% y el 50% en peso, y preferentemente entre el 5% y el 10% en peso sobre la cantidad total de composición.

6. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dicho agente catiónico es un agente catiónico del grupo formado por derivados de sales de aluminio, preferentemente sulfato de aluminio, policloruro de aluminio, cloruro de aluminio, formiato de aluminio y policlorosulfato de aluminio.

7. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque dicho agente catiónico está presente en una proporción de al menos 5% en peso, preferiblemente entre 20% y 70% en peso, calculado sobre el total de la composición.

8. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque comprende, adicionalmente, un agente dispersante aniónico o catiónico.

9. Composición según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho agente dispersante es un agente dispersante aniónico del grupo formado por sales sódicas de sulfonato de alquilbenceno con cadenas de entre 8 y 17 átomos de carbono, laurilsulfato sódico, naftaleno sulfonato sódico y lignosulfato sódico.

10. Composición según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho agente dispersante es un agente dispersante catiónico del grupo formado por:

- poliacrilamidas con pesos moleculares dalton mayores de 500.000,

- di-alil-di-metil cloruro de amonio,

- di-cianoamida, y

- polietileniminas derivados de la reacción entre una epiclorhidrina y la di-metilamina.

11. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque dicho agente dispersante está presente en una proporción comprendida entre 0,1% y 20% en peso, preferiblemente entre 0,5% y 10% en peso sobre el total de la composición.

12. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque comprende, adicionalmente, un coloide protector.

13. Composición según la reivindicación 12, caracterizada porque dicho coloide protector es un coloide protector del grupo formado por derivado celulósico, almidón catiónico, proteína natural, polivinilalcohol y mezclas de los anteriores.

14. Composición según la reivindicación 13, caracterizada porque dicho coloide, protector es una proteína natural del grupo formado por lecitina de soja, caseína y sus sales, albúmina de huevo y vitelina.

15. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizada porque dicho coloide protector está en una proporción superior al 0,1% en peso, preferentemente comprendida entre 0,3% y 5% en peso sobre la composición total.

16. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada porque comprende, adicionalmente, un material de resina.

17. Composición según la reivindicación 16, caracterizada porque dicho material de resina es un material de resina del grupo formado por resina de colofonia, resina modificada, resina fortificada y mezclas de las anteriores.

18. Composición según una de las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizada porque dicho material de resina está en una proporción inferior al 25% en peso sobre la composición total.

19. Composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada porque comprende, adicionalmente, un agente de encolado sintético.

20. Composición según la reivindicación 19, caracterizada porque dicho agente de encolado sintético es un agente de encolado sintético del grupo formado por dímero de alquil-cetena, isocianato orgánico, cloruro de carbamoilo y mezclas de los anteriores.

21. Composición según una de las reivindicaciones 19 ó 20, caracterizada porque dicho agente de encolado sintético está en una proporción superior al 0,5% en peso, preferentemente comprendida entre 2% y 10% en peso sobre el total de la composición.

22. Procedimiento de fabricación de una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque comprende una etapa de homogeneización de dicho surfactante no iónico y, en el caso de que dicha composición comprenda un agente dispersante y/o un coloide protector, dicho agente dispersante y/o dicho coloide protector, en agua y una etapa posterior de adición de dicho agente catiónico.

23. Procedimiento según la reivindicación 22, donde dicha composición comprende un material de resina, caracterizado porque comprende una etapa de dispersión de dicho material de resina en agua, en presencia de un agente dispersante, a una temperatura superior a la temperatura de fusión de dicho material de resina, previa a la incorporación de dicho material de resina a dicha composición en dicha etapa de homogeneización.

24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 22 ó 23, donde dicha composición comprende un dímero de alquil-cetena, caracterizado porque comprende una etapa de dispersión de dicho dímero de alquil-cetena en agua, en presencia de un agente dispersante, a una temperatura superior a la temperatura de fusión de dicho dímero de alquil-cetena, previa a la incorporación de dicho dímero de alquil-cetena a dicha composición en dicha etapa de homogeneización.

25. Procedimiento según la reivindicación 22, donde dicha composición comprende un material de resina y un dímero de alquil-cetena, caracterizado porque comprende una etapa de fusión de dicho material de resina con dicho dímero de alquil-cetena formando una mezcla fundida y una etapa de dispersión de dicha mezcla fundida en agua, en presencia de un agente dispersante, a una temperatura superior a la temperatura de fusión de dicha mezcla, previa a la incorporación de dicho material de resina a dicha composición en dicha etapa de homogeneización.

26. Procedimiento de fabricación de una emulsión acuosa de un anhídrido alquenil-succínico de formula I

donde

Ra es un alcano C₁₂-C₁₈,

Rb es un alcano C₁₂-C₁₈,

caracterizado porque se realiza una premezcla de una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 con dicho anhídrido alquenil-succínico, posteriormente se añade agua a dicha premezcla y se emulsiona.

27. Procedimiento de fabricación de papel o cartón, preferentemente de papel o cartón de uso alimentario, caracterizado porque comprende una etapa de encolado en la que se emplea una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 para la fabricación de una emulsión acuosa de un anhídrido alquenil-succínico de formula I

donde

Ra es un alcano C₁₂-C₁₈,

Rb es un alcano C₁₂-C₁₈.

28. Uso de una composición que comprende un surfactante no iónico y por lo menos un agente catiónico como agente emulsionante para la preparación de una emulsión acuosa de un anhídrido alquenil-succínico de formula I

donde

Ra es un alcano C₁₂-C₁₈,

Rb es un alcano C₁₂-C₁₈.

29. Uso de una composición que comprende un surfactante no iónico y por lo menos un agente catiónico para la fabricación de papel o cartón, preferentemente para la fabricación de papel o cartón de uso alimentario.