PRODUCCIÓN DE PAPEL CON SOLES DE SÍLICE MODIFICADOS COMO MICROPARTÍCULAS.

Soles de sílice con contenido de grupos de ácido sulfónico con un tamaño medio de partícula, medido según MET, de 2-45 nm, con preferencia, de 2-20 nm

La invención se refiere a soles de sílice modificados para la producción de papel, a soles de sílice modificados en sí, así como a procedimientos para su producción.

En la producción de papel, se usan para mejorar la retención, el comportamiento de drenaje y la formación (bajo esto se entiende la “homogeneidad” o bien la “nubosidad” del papel), sistemas de micropartículas. Estos pueden ser de naturaleza orgánica como también inorgánica. Se usan preferentemente en combinación con polímeros catiónicos.

Como micropartículas inorgánicas se usan preferentemente bentonitas, así como soles de sílice (comp. el documento EP–A–0 635 602).

Contrariamente a los sistemas de micropartículas orgánicas que despliegan toda su acción también en medio ácido, los sistemas de micropartículas inorgánicas a base de bentonita o sol de sílice tienen la desventaja de que alcanzan su acción óptima sólo en medio neutro o alcalino.

Más allá de ello, los soles de sílice tienen la desventaja de que con un prolongado almacenamiento tienden a gelificarse. Esto hace necesario, a su vez, otros aditivos como dispersantes o la provisión superficial de iones aluminio (documentos EP–A–0 185 068, US–A–5 603 805, K. K. Iler, The Chemistry of Silica, Wiley & Sons, New York, 1979, páginas 407– 410).

Como otra desventaja, los soles de sílice conocidos poseen a los fines del sistema de micropartículas una relación costo–efecto digna de mejorar. El documento US–A–5 888 290 revela una composición fluoroquímica que otorga a los sustratos como alfombras o textiles una acción repelente de aceite y de agua, y contiene un sol con micropartículas inorgánicas, por ejemplo, soles de sílice. El documento US–A–5 760 126 se refiere a una composición de revestimiento a base de agua que también contiene un sol con micropartículas inorgánicas, por ejemplo, sol de sílice. En el documento WO–A–0 069 976, se revelan soles de sílice cuya superficie se trata por injerto, adsorción de una molécula orgánica o provisión de un dopante. Ninguno de estos documentos revela soles de sílice con contenido de grupos de ácido sulfónico.

Era objetivo de la presente invención proporcionar soles de sílice como micropartículas para la producción de papel, que no presenten las desventajas descritas del estado de la técnica.

Sorprendentemente, se halló ahora que los soles de sílice con contenido de grupos de ácido sulfónico solucionan este objetivo.

La invención se refiere, por ello, a soles de sílice con contenido de grupos de ácido sulfónico de acuerdo con la reivindicación 1. Aquí se describe también el uso de soles de sílice con contenido de grupos de ácido sulfónico y/o grupos mercapto como micropartículas en la producción de papel, en especial en la retención de papel.

En el marco de esta solicitud, se entiende por “grupo ácido” también sus sales, en especial sales alcalinas como sodio y potasio, sales alcalinotérreas como magnesio y calcio o sales de amonio.

Se prefieren aquellos soles de sílice que presentan un grupo unido a un átomo de silicio de la fórmula (I),

–B–(SO3M)p– (I),

en donde aquí también se describen soles de sílice que presentan un grupo unido a un átomo de silicio de la fórmula (II),

–B–(SH)p– (II),

en donde B es un miembro puente (p+1)–valente,

p es un número de 1 a3 y

M representa hidrógeno, álcali en especial Na, Li, K, álcali térreo en especial Mg, Ca o amonio.

Con preferencia especial, B es bivalente, es decir, p representa 1. Con preferencia, B representa un grupo alquileno lineal o ramificado eventualmente interrumpido por uno o varios átomos de oxígeno con 1 a 15 átomos de C, un grupo cicloalquileno con 5 a 8 átomos de C o una unidad de las fórmulas

**(Ver fórmula)**

Con preferencia muy especial, B representa –(CH2)n– con n = 1 a 6, en especial 3.

Con preferencia, se usan soles de sílice con grupos de ácido sulfónico, en especial aquellos de la fórmula (I), con preferencia especial, aquellos de la fórmula (Ia)

–(CH2)3–SO3M (Ia),

en donde M tiene el significado antes indicado.

Con preferencia, el contenido de azufre respecto de SiO2 del sol de sílice es del 0,1 a 30 % en moles, con preferencia, del 0,1 al 8 % en moles, en especial del 1 al 5 % en moles. El contenido de azufre puede determinarse, por ejemplo, por análisis elemental.

Con preferencia, los soles de sílice usados según el método MET (microscopia electrónica de transmisión) presentan un tamaño medio de partícula inferior a 400 nm, con preferencia, de 2 – 200 nm, en especial de 2 – 45 nm, con preferencia especial, de 2 – 20 nm.

Con preferencia, los soles de sílice según la invención presentan una superficie específica de 300 a 1200 m2/g, con preferencia, de 400 a 1200 m2/g, en especial de 450 a 1200 m2/g, medida por titulación de Sears con hidróxido de sodio.

La superficie específica se determina por titulación del sol de sílice con NaOH según el procedimiento de Sears (G. W. Sears, Analytical Chem. 28, 12, S. 1981 ff, 1956). La determinación de la superficie específica de este sol de calibración se realiza por medio del método BET (S. Brunauer, P.H. Emmet y E. Teller, J. Amer. Soc. 60, 309–319, 1938).

Asimismo se prefieren los soles de sílice según la invención que poseen un valor S de 2 a 80, con preferencia, de 2,5 a 70, en especial de 20 a 70.

La determinación de los valores S se realiza según Iler, R. K.; Dalton, R. L. Journal of Physical Chemistry 1956, 60 955.

Los soles de sílice usados están presentes preferentemente como dispersión acuosa, con preferencia, con un contenido del 5 al 20 % en peso de sol de sílice, referido a la dispersión, con preferencia, del 7,5 al 15 % en peso, en especial del 10 al 15 % en peso. Estas dispersiones pueden contener también sales de elementos alcalinos o alcalinotérreos o bien compuestos de aluminio o boro. Además, pueden estar contenidos dispersantes aniónicos o no iónicos.

Sin embargo, las dispersiones contienen preferentemente un contenido de Al inferior al 0,1 % en peso. Si el contenido de sal es demasiado alto, se puede reducir, por ejemplo, por medio de procedimientos técnicos de membrana. Asimismo, se pueden regular los contenidos de sol de sílice en la dispersión por medio de membranas, por ejemplo, por concentración de dispersiones menos concentradas.

Con preferencia, se usa el sol de sílice según la invención en combinación con polímeros catiónicos, en especial aquellos del grupo de las polietileniminas, poliaminas, poliamidamidas, poliacrilamidas, polivinilamina, almidón o harina de grano de guar u otros polisacáridos que eventualmente se pueden seguir modificando y que se usan de forma individual o en cualquier mezcla entre sí.

Como polietileniminas preferidas se han de mencionar compuestos lineales o ramificados con un peso molecular superior a 500 000 g/mol, en especial de 500 000 a 2 000 000 g/mol, con preferencia, de 700 000 a 1 500 000 g/mol.

Como poliamidaminas preferidas se han de mencionar compuestos lineales o ramificados con un peso molecular superior a 500 000 g/mol, en especial de 500 000 a 2 000 000 g/mol, con preferencia, de 700 000 a 1 500 000 g/mol.

Poliacrilamidas preferidas pueden ser lineales como también ramificadas. Su peso molecular puede ser de 2 000 000 a 30 000 000 Dalton, con preferencia de 2 5 000 000 a 15 000 000 Dalton.

Como almidón preferido se han de mencionar derivados de almidón catiónicos a base de patatas, mandioca, maíz, trigo

o arroz. Tienen con preferencia un grado de sustitución de 0,005 a 0,15, con preferencia especial, un grado de sustitución de 0,02 a 0,08. Los almidones pueden estar también eventualmente degradados en parte.

La invención se refiere a soles de sílice con contenido de grupos de ácido sulfónico con un tamaño medio de partícula medido según MET, de 2 – 45 nm, con preferencia, de 2–20 nm. Por otro lado, rigen los rangos de preferencia antes indicados.

La invención también... [Seguir leyendo]

1. Soles de sílice con contenido de grupos de ácido sulfónico con un tamaño medio de partícula, medido según MET, de 2–45 nm, con preferencia, de 2–20 nm.

2. Soles de sílice de acuerdo con la reivindicación 1 con un contenido de azufre, referido al SiO2 del sol de sílice del 0,1 5 al 30 % en moles, con preferencia, del 0,1 al 8 % en moles, en especial del 1 al 5 % en moles.

3. Soles de sílice de acuerdo con la reivindicación 1 y/o la reivindicación 2, caracterizados porque poseen un radical de la fórmula –(CH2)3–SO3M, en donde M representa H, álcali, álcali térreo o amonio.

4. Procedimiento para la producción de soles de sílice de acuerdo con la reivindicación 1 y/o la reivindicación 2, caracterizado porque se hace reaccionar un sol de sílice sin grupo SO3M, en donde M tiene el significado anterior,

10 a) con un compuesto con contenido de grupos SO3M o

b) con un compuesto que contiene un grupo funcional y el grupo funcional en sí se convierte en un grupo SO3M, en especial se hace reaccionar con compuestos de mercapto y se oxida el compuesto de mercapto obtenido, o

c) se hace reaccionar con un compuesto que contiene un grupo funcional y el sol de sílice así derivado se sigue haciendo reaccionar con un compuesto que contiene grupos SO3M, en donde la reacción se realiza en un medio acuoso con un contenido de agua de al menos el 75 % en peso en al menos una de las etapas a), b) o c), referido a la masa de la correspondiente mezcla de reacción.

5. Sol de sílice de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, que se puede obtener según uno de los procedimientos de acuerdo con la reivindicación 4.

6. Papel, caracterizado porque contiene un sol de sílice de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3 ó 5.