PROCEDIMIENTO DE MODIFICACION DE UN MATERIAL DE FIBRA A BASE DE CELULOSA.

Procedimiento de modificación de fibras de celulosa, caracterizado porque las fibras de celulosa se tratan durante al menos 5 minutos con una solución acuosa que contiene un electrolito de CMC o un derivado de CMC,

en el cual

- la temperatura durante el tratamiento es al menos de 100ºC y se aplica al menos una de las condiciones siguientes:

A) el pH de la solución acuosa durante el tratamiento se encuentra comprendido dentro del intervalo de aproximadamente 1,5-4,5, preferiblemente dentro de la región de 2-4; o

B) el pH de la solución acuosa durante el tratamiento es superior a aproximadamente 11; o

C) la concentración del electrolito en la solución acuosa se encuentra comprendida dentro del intervalo de aproximadamente 0,001-0,5 M, preferiblemente 0,005-0,1 M, si el electrolito tiene cationes monovalentes, o dentro del intervalo de aproximadamente 0,0002-0,25 M, preferiblemente 0,0005-0,1 M, si el electrolito tiene cationes divalentes

Procedimiento de modificación de un material de fibra a base de celulosa.

Esta invención se refiere al campo técnico de la fabricación de papel, en particular aditivos químicos durante la fabricación de papel.

El uso de carboximetil celulosa, denominada en la presente memoria más adelante como "CMC", como agente de resistencia en seco o como un aditivo durante la molienda de la pulpa de papel está descrito, por ejemplo, por B.T. Hofreiter en Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technlogy, Chapter 14, Vol. III, 3rd edition, New York, (1981); W.F. Reynolds en Dry strength additives, Atlanta, (1980); D. Eklund y T. Lindstrom en Paper Chemistry - an introduction, Grankulla, Finlandia, (1991); J.C. Roberts en Paper Chemistry, Glasgow and London, (1991).

La CMC es iónica y, en consecuencia, tiene una baja afinidad por las fibras de celulosa, dado que estas están aniónicamente cargadas. Pueden usarse sales de aluminio para retener estos aditivos, tal como ha sido descrito, por ejemplo, por L. Laurell en Svensk Papperstidning, 55th, annual edition, no. 10, pág. 366, (1952).

J.W. Hensley y C.G. Inks Text. Res. Journal, pág. 505, (Junio 1959), han descrito el fallo de la CMC para ser absorbida por las fibras de celulosa en ambientes libres de electrolitos y la consecuente limitación de su uso para lo que se conoce como procedimientos de fabricación de papel "ácido" en el cual se usan sales de aluminio. La adsorción del material de fibra llega a ser extremadamente pobre cuando se usa la CMC en sistemas que están libres de sales de aluminio, algo que no es compatible con la moderna fabricación de papel. La razón para esto es que la presencia de polímeros aniónicos, tal como la CMC, en el sistema de producción interfiere con aditivos catiónicos de productos químicos funcionales o del procedimiento mediante la formación de lo que se conoce como complejos polielectrolitos. Este es un fenómeno bien conocido, y los fabricantes de papel frecuentemente se refieren a dichas substancias como "basura aniónica".

Los procedimientos modernos de fabricación de papel, en los cuales se usan sistemas de agua de tratamiento extremadamente cerrados, son particularmente sensibles a alteración por substancias aniónicas, puesto que se produce una acumulación de dichas substancias en el sistema.

Estos hechos han dado como resultado el desarrollo de aditivos catiónicos que tienen una afinidad significativamente mejor por las fibras de celulosa cargadas aniónicamente. Dichos aditivos actualmente poseen lo que esencialmente es un monopolio en el mercado de los agentes de resistencia en seco.

Además de su uso como un agente de resistencia en seco, el uso de CMC conjuntamente con resina de resistencia en húmedo ha sido descrito en el Documento US-A-3 085 873. Este documento especifica una acción sinérgica entre la adición de CMC y la resina de resistencia en húmedo cuando estos aditivos se usan al mismo tiempo durante la fabricación de papel. Esto depende del hecho que la CMC pueda precipitarse sobre las fibras de la misma manera que pueda retenerse la que se conoce como "basura aniónica" sobre las fibras con la ayuda de aditivos químicos catiónicos. El agente de resistencia en húmedo es retenido mediante precipitación coloidal. La precipitación óptima de CMC se produce cuando se obtiene un complejo neutro estequiométricamente de CMC y de agente de resistencia en húmedo, algo que hace que el procedimiento sea sensible a alteraciones en la química del material de producción. Esto conduce a un procedimiento inestable, puesto que la retención del agente de resistencia en húmedo dependa de la variabilidad de la materia prima de entrada y de las concentraciones de material disuelto y coloidal en el agua del tratamiento.

Sería deseable poder lograr un procedimiento mediante el cual pudiera mejorarse significativamente la adsorción de la CMC por las fibras de celulosa. En este sentido, entre otras cosas, podría mejorarse el efecto de la CMC como agente de resistencia en seco durante la fabricación de papel. La adsorción mejorada de la CMC por las fibras de celulosa mejoraría igualmente la retención, y por tanto el efecto, de los agentes de resistencia en húmedo.

Un problema que se considera resuelto con la presente invención es el que se ha logrado un procedimiento de este tipo.

Este problema se ha solucionado mediante el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 presentada en la presente memoria. Más detalladamente, la presente invención se refiere a un procedimiento en el cual las fibras de celulosa se tratan durante al menos 5 minutos con una solución que contiene un electrolito acuoso de CMC o un derivado de CMC, en el cual la temperatura durante el tratamiento es al menos de 100ºC y se aplica al menos una de las condiciones siguientes:

A) el pH de la solución acuosa durante el tratamiento se encuentra comprendido dentro del intervalo de 1,5-4,4; o

B) el pH de la solución acuosa durante el tratamiento es superior a aproximadamente 11; o

C) la concentración del electrolito en la solución acuosa se encuentra comprendida dentro del intervalo de aproximadamente 0,001-0,5 M si el electrolito tiene cationes monovalentes, o dentro del intervalo de aproximadamente 0,0002-0,25 M si el electrolito tiene cationes divalentes.

Es preferible si la condición C se aplica conjuntamente o bien con la condición A o bien la condición B.

En la Solicitud de Patente Internacional publicada WO 99/57370 se describe un procedimiento para la modificación de fibras de celulosa con un derivado de celulosa tal como CMC. Este procedimiento se lleva a cabo a un pH de 6-13 y a una temperatura de hasta 100ºC, preferiblemente dentro del intervalo aproximado de 20-80ºC. Se especifica (en página 7, líneas 29-30) que la temperatura no constituye un factor crítico. No se especifica nada o incluso se sobreentiende el que una temperatura por encima de 100ºC implicaría ventajas significativas para la adsorción.

En relación con la presente invención, se considera obvio que la CMC no es adsorbida sobre las fibras de celulosa salvo que esté presente simultáneamente un electrolito, y que una concentración superior de electrolito y altas valencias de los contraiones son ventajosos para la adsorción. Se considera además obvio que es necesario recurrir a temperaturas elevadas con el fin de obtener una adsorción suficientemente buena. Se considera igualmente obvio no solamente que la adsorción es irreversible cuando se reduce la concentración de CMC, sino que también pueden alcanzarse condiciones esencialmente libres de iones, con la pulpa en su forma Na, sin que la CMC sea desorbida hasta un grado significativo. Este es un hecho muy sorprendente, puesto que de acuerdo con las técnicas convencionales, esencialmente no existe CMC adsorbida sobre las fibras a base de celulosa bajo dichas condiciones.

En consecuencia, de acuerdo con la presente invención, es posible lograr un procedimiento de pulpa/papel en el cual la pulpa se trate durante un cierto tiempo a una alta temperatura bajo tales condiciones electrolíticas que promuevan la adsorción de CMC. La pulpa final recibe un número superior de grupos carboxilo que la pulpa original, lo cual da lugar a un papel que es considerablemente más fuerte que el papel fabricado usando pulpa que ha sido producida usando técnicas convencionales.

Las fibras de celulosa que se han usado en la presente invención incluyen todos los tipos de fibra a base de madera, tales como pulpas al sulfito, sulfato y sosa blanqueadas, semi-blanqueadas y no blanqueadas, conjuntamente con pulpas mecánicas, termomecánicas, químico-mecánicas y químico-termomecánicas no blanqueadas, semi-blanqueadas y blanqueadas, y mezclas de las mismas. Pueden usarse con la presente tanto fibras nuevas como fibras recicladas, así como pueden ser mezclas de las mismas. Pueden usarse pulpas procedentes tanto de árboles de madera blanda como de madera dura, así como pueden ser mezclas de dichas pulpas.

Igualmente, pueden usarse con la presente invención pulpas no basadas en madera, tales como línteres de algodón, celulosa regenerada, cáñamo de la India y fibras de hierba.

La concentración preferida de CMC es aproximadamente de 0,02-4% p/p, calculada sobre el peso seco del material de fibra. Una concentración más preferida es de aproximadamente 0,04-2% p/p, y la concentración la más preferida de aditivo es de aproximadamente 0,08-1% p/p.

El concepto de "CMC" se usa en la presente memoria para...

1. Procedimiento de modificación de fibras de celulosa, caracterizado porque las fibras de celulosa se tratan durante al menos 5 minutos con una solución acuosa que contiene un electrolito de CMC o un derivado de CMC, en el cual

- la temperatura durante el tratamiento es al menos de 100ºC y se aplica al menos una de las condiciones siguientes: