Un copolímero aniónico soluble en agua que tiene la fórmula:

Copolímeros aniónicos preparados en una matriz de emulsión inversa y su uso en la preparación de composiciones de fibras celulósicas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a copolímeros aniónicos solubles en agua obtenidos mediante polimerización en emulsión inversa y un método de su preparación.

Antecedentes de la invención

La fabricación de hojas de fibras celulósicas, particularmente papel y cartulina, incluye las etapas siguientes; 1) producción de una suspensión acuosa de fibra celulósica, la cual puede contener también agentes extendedores o pigmentos minerales inorgánicos; 2) depositar esta suspensión sobre una cinta sin fin o tela de la fabricación del papel móvil; y 3) conformar una hoja a partir de los componentes sólidos de la suspensión mediante el drenaje del agua.

Lo precedentes va seguido por su prensado y secado de la hoja para separar adicionalmente el agua. Se añaden a menudo productos químicos orgánicos e inorgánicos a la suspensión con anterioridad a la etapa de conformación de la hoja para hacer el método de la fabricación del papel menos costoso, más rápido y/o para obtener propiedades específicas en el producto de papel final.

La industria del papel se esfuerza continuamente en mejorar la calidad del papel, incrementar la productividad, y reducir los costes de fabricación. Se añaden a menudo productos químicos a la suspensión fibrosa antes de que ella alcance la cinta sin fin o tela de la fabricación del papel, para mejorar el método de drenaje/deshidratación y la retención de sólidos; estos productos químicos se denominan coadyuvantes de retención y/o de drenaje.

En lo que a la mejora del drenaje/deshidratación se refiere, el drenaje o deshidratación de la suspensión fibrosa sobre la cinta sin fin o tela de la fabricación de papel es a menudo la etapa limitante en la consecución de velocidades del método más rápidas. Una deshidratación mejorada puede dar lugar también a una hoja más seca en las secciones de prensado y de secado, lo que da lugar a un consumo de vapor de agua reducido. Además, esta es la etapa en el método de la fabricación del papel que determina muchas de las propiedades finales de la hoja.

Con respecto a la retención de sólidos, se usan coadyuvantes de la retención en la fabricación de papel para incrementar la retención de los sólidos finos suministrados en la bobina durante el método turbulento de drenaje y de conformación del papel continuo. Sin una adecuada retención de los sólidos finos, ellos bien se pierden en el efluente de la fábrica o se acumulan a niveles elevados en el circuito de agua blanca de recirculación, lo que potencialmente da lugar a la acumulación de depósitos. Adicionalmente, una retención insuficiente incrementa los costes de la fabricación del papel debido a las pérdidas de los aditivos previstos para ser adsorbidos sobre la fibra para proporcionar las propiedades de opacidad, resistencia o de encolado del papel respectivas.

Los polímeros solubles en agua de peso molecular (MW) elevado con carga bien catiónica o aniónica se ha usado tradicionalmente como coadyuvantes de la retención y del drenaje. El reciente desarrollo de micropartículas inorgánicas, conocidas como coadyuvantes de la retención y del drenaje, en combinación con los polímeros solubles en agua de MW elevado, han mostrado una eficacia de retención y de drenaje superior en comparación con los polímeros solubles en agua de MW elevado convencionales. Las Patentes de EE.-UU. Nº^s 4.294.885 y 4.388.150 muestran el uso de polímeros de almidón con sílices coloidales. La Patente de EE.UU. Nº 4.753.710 muestra la floculación del suministro de pasta de papel con un floculante catiónico de MW elevado, inducir cizallamiento al suministro floculado, y a continuación introducir arcilla de bentonita en el suministro. Las Patentes de EE.UU. Nº^s 5.274.055 y 5.167.766 describen el uso de micropartículas o de micropolímeros orgánicos reticulados químicamente como coadyuvantes de la retención y del drenaje en el procedimiento de fabricación de papel.

La Patente de EE.UU. Nº 4.339.731 se refiere a las emulsiones del tipo agua en aceite que contienen concentraciones elevadas de polímeros solubles en agua, preparadas mediante la incorporación en las mismas de un agente tensioactivo polimérico insoluble en agua, pero soluble en aceite, preparado a partir de anhídrido maleico y de un comonómero.

Se usan también copolímeros para controlar la deposición de contaminantes o de depósitos orgánicos en los sistemas de fabricación de papel. Los depósitos orgánicos es una expresión usada para describir los materiales insolubles en agua y pegajosos en el sistema de fabricación del papel que son perjudiciales en la producción del papel. Dichos materiales que se obtienen a partir de árboles durante el procedimiento de reducción a pasta y de fabricación del papel se denominan breas o breas de madera, mientras que el término adherencias se usa para describir los contaminantes que se obtienen a partir de los adhesivos introducidos en el procedimiento de fabricación del papel como un contaminante de la fibra reciclada. Una estrategia para la eliminación de estos materiales es aglomerar los depósitos orgánicos en partículas más grandes y no adherentes que se pueden separar de la pasta de la fabricación del papel o que se pueden incorporar en la hoja sin dar lugar a depósitos en el sistema de fabricación de papel o defectos en la hoja. Los productos químicos que son capaces de interactuar con los depósitos orgánicos y mitigar su impacto negativo incluyen los agentes tensioactivos y los polímeros. Los polímeros pueden ser iónicos o no iónicos, e incluyen materiales usados como floculantes, coagulantes y dispersantes.

La eficacia de los polímeros o copolímeros usados variará dependiendo del tipo de monómeros a partir de los cuales ellos están compuestos, la disposición de los monómeros en la matriz del polímero, el peso molecular de la molécula sintetizada, y del método de preparación. Es la última de estas características la que es el foco de la presente invención.

Específicamente, se ha descubierto inesperadamente que los copolímeros aniónicos solubles en agua cuando se preparan bajo ciertas condiciones exhiben características físicas únicas. Adicionalmente, dichos copolímeros proporcionan una actividad no anticipada en ciertas aplicaciones que incluyen las aplicaciones en la fabricación del papel tales como las de coadyuvantes de la retención y del drenaje y las de coadyuvantes en el control de los contaminantes. Aunque los métodos de síntesis empleados se conocen generalmente por las personas especializadas en la técnica, no existe ninguna técnica anterior que sugiera que se obtienen las características físicas únicas y la actividad no anticipada observada.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a copolímeros aniónicos solubles en agua. La invención se refiere también a un método para la fabricación del copolímero.

Según se usa en la presente invención, el término copolímero se entiende que es las composiciones de polímero que consisten en dos o más unidades monoméricas diferentes.

De acuerdo con la presente invención, se ha descubierto inesperadamente que ciertos copolímeros aniónicos exhiben unas características físicas únicas y proporcionan una actividad no anticipada cuando se preparan empleando ciertas condiciones de polimerización. Los copolímeros aniónicos de la invención se obtienen a partir de la polimerización en emulsión inversa (agua en aceite) de uno o más monómeros solubles en agua, en particular de uno o más monómeros aniónicos. Los copolímeros aniónicos que se obtienen son solubles en agua.

Los copolímeros aniónicos de la invención tienen la fórmula:

en la que B es un segmento de polímero no iónico formado a partir de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos etilénicamente insaturados; F es un segmento de polímero aniónico formado a partir de la polimerización de uno o más monómeros aniónicos etilénicamente insaturados; la relación en % en moles de B:F es desde 5:95 a 95:5; y co es una designación para un sistema de polímero con una disposición de dos o más componentes monómeros. Además, la preparación se efectúa de una manera, con ausencia de agentes de reticulación y vía un procedimiento...

1. Un copolímero aniónico soluble en agua que tiene la fórmula:

en la que B es un segmento de polímero no iónico formado a partir de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos etilénicamente insaturados;

F es un segmento de polímero aniónico formado a partir de la polimerización de uno o más monómeros aniónicos etilénicamente insaturados;

la relación en % en moles de B:F es desde 95:5 a 5:95; y

co es una designación para un sistema de polímero con una disposición no específica de dos o más componentes monómeros; y

el copolímero aniónico soluble en agua se prepara sin un agente de reticulación presente vía una técnica de polimerización en emulsión agua en aceite que emplea un iniciador de radicales libres y al menos un tensioactivo de emulsificación que consiste en al menos un tensioactivo polimérico dibloque o tribloque en el que la cantidad del al menos un tensioactivo dibloque o tribloque a la del monómero es de al menos 3:100 y en la que;

la técnica de polimerización en emulsión agua en aceite comprende las etapas de:

preparar una disolución acuosa de monómeros,

añadir la disolución acuosa a un líquido hidrocarbonado que contiene tensioactivo o mezcla de tensioactivos para formar una emulsión inversa, lo que da lugar a que el monómero en la emulsión se polimerice mediante una polimerización por radicales libres EN un intervalo de pH desde 2 a menos de 7; y en la que

dicho copolímero tiene una constante de Huggins (k') determinada entre 0,0025% en peso a 0,025% en peso de dicho copolímero en NaCl 0,01 M superior a 0,75; y dicho copolímero tiene un módulo de almacenamiento (G') para un 1,5% en peso de sustancias activas de dicha disolución de copolímero a 4,6 Hz superior a 175 Pa.

2. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que B se selecciona del grupo que consiste en acrilamida; metacrilamida; N-alquil-acrilamidas, N,N-dialquil-acrilamida; metacrilato de metilo; acrilato de metilo; acrilonitrilo; N-vinil metil acetamida; N-vinil metil formamida; acetato de vinilo; N-vinil-pirrolidona, y mezclas de cualesquiera de los precedentes.

3. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que F se selecciona del grupo que consiste en los ácidos libres y las sales de ácido acrílico; ácido metacrílico; ácido maleico; ácido itacónico; ácido acrilamido-glicólico; ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propano-sulfónico, ácido 3-aliloxi-2-hidroxi-1-propano-sulfónico, ácido estireno-sulfónico; ácido vinil-sulfónico; ácido vinil-fosfónico; ácido 2-acrilamido-2-metil-propano-fosfónico y mezclas de cualesquiera de los precedentes.

4. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el tensioactivo dibloque o tribloque es un copolímero basado en derivados de poliéster de ácidos grasos y poli[óxido de etileno].

5. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el pH es desde 3 a 6.

6. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se emplea 2,2'-azobisisobutironitrilo como el iniciador de radicales libres.

7. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la relación de tensioactivo dibloque o tribloque a monómero es de al menos 4:100.

8. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el HLB del paquete de tensioactivo de emulsificación es inferior a 8.

9. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el segmento B del polímero no iónico es acrilamida y el segmento F del polímero aniónico se selecciona del grupo que consiste en la sal de sodio, potasio o amonio del ácido acrílico.

10. El copolímero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el tensioactivo comprende a) un tensioactivo dibloque o tribloque obtenido a partir de un complejo soluble en aceite de ácido monocarboxílico y un componente soluble en agua obtenido a partir de poli(alquilen glicol), y b) un éster de ácido graso de sorbitán; el pH de la fase acuosa es 3 a 6; y se emplea 2,2'-azobisisobutironitrilo como el iniciador de radicales libres.

11. Un método para preparar el copolímero definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, mediante polimerización en emulsión agua en aceite, que comprende:

(a) preparar una fase oleosa que comprende:

(b) preparar una fase acuosa que comprende:

(c) añadir dicha fase acuosa (b) a dicha fase oleosa (c) para formar una emulsión y polimerizar en presencia de un iniciador de radicales libres y sin que esté presente un agente de reticulación;

donde la razón de tensioactivo dibloque o tribloque a monómero es al menos 0,03 y el pH se ajusta de 2 a menos de 7.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el sistema tensioactivo tiene un balance hidrofílico-lipofílico combinado inferior a 8.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el pH es de 3 a 6.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el tensioactivo dibloque o tribloque es un copolímero basado en derivados de poliéster de ácidos grasos y poli[óxido de etileno].

15. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que monómero no iónico etilénicamente insaturado se selecciona del grupo que consiste en acrilamida; metacrilamida; N-alquil-acrilamidas, N,N-dialquil-acrilamida; metacrilato de metilo; acrilato de metilo; acrilonitrilo; N-vinil metil acetamida; N-vinil metil formamida; acetato de vinilo; N-vinil-pirrolidona, y mezclas de cualesquiera de los precedentes.

16. El método de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el monómero aniónico etilénicamente insaturado se selecciona del grupo que consiste en los ácidos libres y las sales del ácido acrílico; ácido metacrílico; ácido maleico; ácido itacónico; ácido acrilamido-glicólico; ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propano-sulfónico, ácido 3-aliloxi-2-hidroxi-1-propano-sulfónico, ácido estireno-sulfónico; ácido vinil-sulfónico; ácido vinil-fosfónico; ácido 2-acrilamido-2-metil-propano-fosfónico y mezclas de cualesquiera de los precedentes.