Un método para preparar un polímero asociativo soluble en agua de fórmula

Retención y drenaje mejorados en la fabricación de papel.

Referencia a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de Estados Unidos número 60/693.855, presentada el 24 de junio de 2005, cuyo contenido total se incorpora como referencia en la presente memoria.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un método para preparar un polímero asociativo soluble en agua y al uso de este polímero como adyuvante de retención y/o drenaje en un proceso de fabricación de papel.

Antecedentes

La retención y el drenaje son aspectos importantes en la fabricación de papel. Se sabe que ciertos materiales pueden proporcionar mejores propiedades de retención y/o drenaje en la producción de papel y cartón.

La fabricación de hojas de fibras celulósicas, particularmente papel y cartón, incluye las siguientes etapas: (1) producir una suspensión acuosa de fibras celulósicas, que también puede contener cargas o pigmentos minerales inorgánicos, (2) depositar esta suspensión sobre una tela o malla móvil de fabricación de papel y (3) formar una hoja a partir de los componentes sólidos de la suspensión por drenaje del agua.

Las etapas anteriores van seguidas de prensado y secado de la hoja para eliminar más agua. Frecuentemente se añaden a la suspensión productos químicos orgánicos e inorgánicos antes de la etapa de formación de la hoja para hacer menos costosa y más rápida la fabricación del papel y/o conseguir propiedades específicas en el papel final.

La industria papelera se esfuerza continuamente en mejorar la calidad del papel, incrementar la productividad y reducir los costes de fabricación. Frecuentemente se añaden a la suspensión de fibras, antes de depositarla sobre la malla o tela de fabricación, productos químicos para mejorar el drenaje/desgote y la retención de sólidos. Estos productos químicos se denominan adyuvantes de retención y/o drenaje.

Frecuentemente el drenaje o desgote de la suspensión de fibras en la malla o tela de fabricación es la etapa limitante en conseguir velocidades mayores de la máquina de papel. Mejorar el desgote puede originar también una hoja más seca en las secciones de prensado y secado, lo cual origina menor consumo de energía. Además, como el drenaje o desgote es la fase del método de fabricación de papel que determina muchas propiedades finales de la hoja, los adyuvantes de retención y drenaje pueden influir en las propiedades de la hoja final de papel.

Con respecto a los sólidos, los adyuvantes de retención se usan para incrementar la retención de sólidos finos de la suspensión de pasta en la hoja continua de papel durante el método turbulento de drenaje y formación de aquélla. Sin una retención adecuada de los sólidos finos, estos se pierden en el efluente de la fábrica o se acumulan a niveles altos en el circuito de las aguas blancas en recirculación, causando finalmente la formación de depósitos. Adicionalmente, una retención insuficiente incrementa los costes de fabricación del papel debido a pérdida de los aditivos que se añaden para ser adsorbidos en la fibra. Los aditivos pueden proporcionar al papel opacidad, resistencia, encolado u otras propiedades deseables.

Tradicionalmente se han usado polímeros solubles en agua de peso molecular elevado, de carga catiónica o aniónica, como adyuvantes de retención y drenaje. La eficacia de los polímeros o copolímeros usados varía dependiendo del tipo de monómeros de los que están compuestos, disposición de los monómeros en la matriz del polímero, peso molecular de la molécula sintetizada y método de preparación.

El desarrollo reciente de micropartículas orgánicas, cuando se usan como adyuvantes de retención y drenaje junto con polímeros solubles en agua de peso molecular elevado, ha demostrado un comportamiento superior de retención y drenaje en comparación con polímeros solubles en agua convencionales de peso molecular elevado. Las patentes de Estados Unidos números 4.294.885 y 4.388.150 describen el uso de polímeros de almidón con sílice coloidal. En la técnica es conocido el uso de partículas inorgánicas con copolímeros lineales de acrilato. Patentes recientes describen el uso de estas partículas inorgánicas con polímeros aniónicos solubles en agua (patente de Estados Unidos 6.454.902) o con materiales reticulados específicos (patentes de Estados Unidos 6.454.902, 6.524.439 y 6.616.806).

Las patentes de Estados Unidos números 4.643.801 y 4.750.974 describen el uso de un aglutinante coacervado de almidón catiónico, sílice coloidal y polímero aniónico. La patente de Estados Unidos número 4.753.710 describe flocular la suspensión de pasta con un floculante catiónico de peso molecular elevado, induciendo cizallamiento a la suspensión de pasta e introduciendo después arcilla bentonita en la suspensión.

Recientemente se ha encontrado que copolímeros solubles en agua preparados bajo ciertas condiciones presentan características físicas excepcionales. Estos polímeros se preparan sin agentes de reticulación químicos. Adicionalmente, los copolímeros proporcionan una actividad imprevista en ciertas aplicaciones, incluidas aplicaciones de fabricación de papel, como adyuvantes de retención y drenaje. Los copolímeros aniónicos que presentan estas características excepcionales se describen en la solicitud WO 03/050152 A1, cuyo contenido total se incorpora como referencia en la presente memoria. Los copolímeros catiónicos y anfóteros que presentan estas características excepcionales se describen en la solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0143039 A1, que se corresponde con la solicitud WO 2004/052942, cuyo contenido total se incorpora como referencia en la presente memoria.

Sin embargo, todavía subsiste la necesidad de mejorar el comportamiento de retención y drenaje.

Resumen de la invención

Se describe un método para preparar un polímero asociativo soluble en agua. El método proporciona un polímero asociativo mejorado en el que el polímero mejorado se proporciona por selección del iniciador de radicales libres.

Adicionalmente, se describe el uso del polímero asociativo para proporcionar mejor retención y drenaje en un proceso de fabricación de papel.

Descripción detallada de la invención

La presente invención proporciona un método para preparar, bajo ciertas condiciones, un copolímero soluble en agua mejorado (denominado en lo sucesivo "polímero asociativo"). El proceso de la invención es como se define en la reivindicación 1. Sorprendentemente se ha encontrado que una selección cuidadosa del iniciador de radicales libres puede originar un mejor comportamiento de retención y drenaje, superior al conocido en la técnica.

También se ha encontrado sorprendentemente que cuando el proceso para formar el polímero asociativo se realiza usando una secuencia de etapas de iniciación que dependen de la terminación relativa de la reacción de polimerización, se puede mejorar el comportamiento del adyuvante de retención y drenaje.

La presente invención proporciona también el uso del polímero asociativo como adyuvante de retención y drenaje en un proceso de fabricación de papel.

Se ha observado que el uso del polímero asociativo como adyuvante de retención y drenaje tiene influencia sobre el comportamiento de otros aditivos en el sistema de fabricación de papel. La retención y/o drenaje mejorados pueden tener ambos una influencia directa e indirecta. Influencia directa se refiere a la acción del adyuvante de retención y drenaje de retener a los aditivos. Influencia indirecta se refiere a la eficacia del adyuvante de retención y drenaje de retener cargas y finos sobre los que el aditivo se une por medios físicos o químicos. Así, al incrementar la cantidad de cargas o finos retenidos en la hoja, se incrementa de un modo concomitante la cantidad de aditivo. El término "cargas" se refiere a materiales en partículas, típicamente de naturaleza inorgánica, que se añaden a la suspensión de pasta celulósica para proporcionar ciertas propiedades o como sustitutivo de menor coste de una porción de las fibras celulósicas. Su tamaño relativamente pequeño, del orden de 0,2 a 10 micrómetros, baja relación L/A (longitud/anchura) y naturaleza química originan que no sean adsorbidas sobre las fibras grandes y que sean aún demasiado pequeñas para ser atrapadas en la red de fibras que es la hoja de papel. El término "finos" se refiere a pequeñas fibras o fibrillas de celulosa, típicamente...

1. Un método para preparar un polímero asociativo soluble en agua de fórmula

en la que B es un segmento no iónico del polímero, formado de la polimerización de uno o más monómeros no iónicos etilénicamente insaturados y F es un segmento aniónico o catiónico, o una combinación de segmento(s) aniónico(s) y catiónico(s), formado de la polimerización de uno o más monómeros aniónicos y/o catiónicos etilénicamente insaturados, siendo la relación molar B:F de 95:5 a 5:95,

siendo el citado método una técnica de polimerización en emulsión agua en aceite que emplea por lo menos un tensioactivo de emulsificación que consiste en por lo menos un tensioactivo no iónico polimérico de dos o tres bloques, en el que la relación del por lo menos un tensioactivo de dos o tres bloques a monómero es por lo menos aproximadamente 3:100 y en el que la técnica de polimerización en emulsión agua en aceite comprende las etapas de:

(a) preparar una solución acuosa de los monómeros,

(b) poner en contacto la solución acuosa con un líquido hidrocarbonado que contiene al tensioactivo o mezcla de tensioactivos, para formar una emulsión inversa, y

(c) hacer que el monómero en la emulsión se polimerice mediante polimerización por radicales libres usando como iniciador peróxido de lauroílo en un intervalo de pH de aproximadamente 2 a aproximadamente menos de 7.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que se añade una primera parte alícuota de peróxido de lauroílo para iniciar la polimerización y se añaden por lo menos una o más partes alícuotas de peróxido de lauroílo cuando la polimerización se ha completado en una extensión de aproximadamente 5 a aproximadamente 90%.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polímero asociativo se forma de monómeros que comprenden por lo menos un monómero no iónico seleccionado del grupo que consiste en acrilamida, metacrilamida, N,N-dialquilacrilamidas, N-alquilacrilamidas, N-vinilmetacetamida, N-vinilformamida, N-vinilmetilformamida, N-vinilpirrolidona y mezclas de las mismas.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el polímero asociativo se forma de monómeros que comprenden además por lo menos un monómero aniónico seleccionado del grupo que consiste en el ácido libre o una sal de ácido acrílico, ácido metacrílico, estirenosulfonato sódico, ácidos 2-acrilamido-2-alquilsulfónicos en los que el grupo alquilo contiene 1 a 6 átomos de carbono, y mezclas de los mismos.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polímero asociativo es aniónico y el módulo de almacenamiento de una solución de 1,5% de polímero activo, a 6,3 Hz, es mayor que 75 Pa.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 4, en el que por lo menos un monómero aniónico se selecciona de los ácidos libres o sales de ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico y mezclas de los mismos.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el polímero asociativo contiene acrilamida y el ácido libre o una sal del ácido acrílico.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polímero asociativo es catiónico.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polímero asociativo comprende monómeros aniónicos y catiónicos.

10. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 7, en el que el copolímero de dos o tres bloques usado como tensioactivo de emulsificación es un copolímero de óxido de etileno y ácido hidroxiesteárico.

11. Uso del polímero asociativo obtenible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 como adyuvante de retención y/o drenaje en un proceso de fabricación de papel.

12. El uso de acuerdo con la reivindicación 11, en el que está presente un segundo material.

13. El uso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que el segundo material se selecciona de por lo menos uno de los grupos que comprenden material silíceo, micropolímeros orgánicos, polielectrolitos, almidón o derivados de almidón, compuestos de aluminio, poli(vinilamina), zeolitas, polímeros compatibles con agua, sales metálicas, siliconas y materiales orgánicos cíclicos.