Fabricación de papel y cartón.

Un proceso de fabricación de papel o cartón el cual comprende la formación de una suspensión celulósica,

flocu- lación de la suspensión, cizallamiento mecánico de la sus- pensión y refloculación de la suspensión, desaguado de la suspensión sobre un tamiz para formar una hoja, y a continuación secado de la hoja, en donde la suspensión se flocula introduciendo un polímero soluble en agua, de una viscosidad intrínseca por encima de 3 dl/g en la suspensión, en la cual el polímero soluble en agua es un polímero catiónico que ha sido formado a partir de un monómero o mezcla de monómeros solubles en agua los cuale comprenden por lo menos un monómero catiónico, en donde la suspensión celulósica se reflocula intro- duciendo un material floculante en el cual el material floculante se selecciona del grupo formado por material silíceo que está en forma de una composición de micro- partículas aniónicas, polisacáridos aniónicos, polímero aniónico sintético soluble en agua y micropartículas aniónicas reticuladas, y en donde el cizallamiento mecánico se logra pasando la suspensión celulósica floculada a través de una o más etapas de cizallamiento seleccionadas a partir de un tamiz cen- trífugo y una bomba de paletas, caracterizado porque dicho polímero presenta un valor de la oscilación reológica de tan delta a 0, 005 Hz por encima de 1, 1 (calculado sobre una solución acuosa al 1, 5% en peso, del polímero),

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2000/010819.

Solicitante: CIBA SPECIALTY CHEMICALS WATER TREATMENTS LIMITED.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: CLECKHEATON ROAD, LOW MOOR, P.O. BOX 38 BRADFORD WEST YORKSHIRE BD12 0JZ REINO UNIDO.

Inventor/es: HEARD, MICHAEL, BARRY, CHEN, GORDON, CHENG, I..

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C08F220/56 QUIMICA; METALURGIA.C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES.C08F COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES QUE IMPLICAN UNICAMENTE ENLACES INSATURADOS CARBONO - CARBONO (producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de hidrocarburos de número reducido de átomos de carbono, p. ej. por oligomerización, C10G 50/00; Procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la síntesis de un compuesto químico dado o de una composición dada, o para la separación de isómeros ópticos a partir de una mezcla racémica C12P; polimerización por injerto de monómeros, que contienen uniones insaturadas carbono-carbono, sobre fibras, hilos, hilados, tejidos o artículos fibrosos hechos de estas materias D06M 14/00). › C08F 220/00 Copolímeros de compuestos que tienen uno o más radicales alifáticos insaturados, teniendo solamente cada uno un enlace doble carbono-carbono, y estando solamente terminado por un radical carboxi o una sal, anhídrido, éster, amida, imida o nitrilo del mismo. › Acrilamida; Metacrilamida.
  • C08F220/60 C08F 220/00 […] › que contienen nitrógeno en adición al nitrógeno del carbonamido.
  • D21H17/37 TEXTILES; PAPEL.D21 FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA.D21H COMPOSICIONES DE PASTA; SU PREPARACION NO CUBIERTA POR LAS SUBCLASES D21C, D21D; IMPREGNACION O REVESTIMIENTO DEL PAPEL; TRATAMIENTO DEL PAPEL TERMINADO NO CUBIERTO POR LA CLASE B31 O LA SUBCLASE D21G; PAPEL NO PREVISTO EN OTRO LUGAR.D21H 17/00 Materiales no fibrosos añadidos a la parte caracterizados por su constitución; Materiales de impregnación del papel caracterizados por su constitución. › Polímeros de ácidos insaturados o de sus derivados, p. ej. poliacrilatos.
  • D21H17/45 D21H 17/00 […] › Grupos que contienen nitrógeno.
  • D21H17/66 D21H 17/00 […] › Sales, p. ej. alumbres.
  • D21H17/68 D21H 17/00 […] › Silíceos, p. ej. arcillas.
  • D21H21/10 D21H […] › D21H 21/00 Materiales no fibrosos añadidos a la pasta, caracterizados por su función, su forma o sus propiedades; Materiales de impregnación o de revestimiento del papel, caracterizados por su función, su forma o sus propiedades. › Agentes de retención o productos que mejoran el drenaje.
  • D21H23/14 D21H […] › D21H 23/00 Procedimientos o aparatos para añadir materiales a la pasta o al papel. › por selección del punto de adición o del tiempo de contacto entre los componentes.
  • D21H23/76 D21H 23/00 […] › caracterizados por la elección de compuestos auxiliares que son añadidos independientemente de al menos otro compuesto, p. ej. para mejorar la incorporación de este último o para obtener un efecto combinado mejorado (D21H 17/18, D21H 17/70, D21H 23/10 tienen prioridad).
Fabricación de papel y cartón.

Fragmento de la descripción:

Fabricación de papel y cartón La invención se refiere a procesos de fabricación de papel y cartón a partir de un stock celulósico, empleando nuevos polímeros solubles en agua como agentes floculantes.

Durante la fabricación del papel y cartón se desagua un stock celulósico fino sobre un tamiz en movimiento (llamado también tela metálica de la máquina) para formar una hoja que a continuación, se seca. Es bien conocida la aplicación de polímeros solubles en agua a la suspensión celulósica con el fin de efectuar la floculación de los sólidos celulósicos y potenciar el desaguado en el tamiz movible.

Con el fin de incrementar la producción de papel, muchas máquinas modernas de fabricación de papel trabajan a altas velocidades. Como consecuencia del aumento de velocidad de la máquina se ha puesto una gran cantidad de énfasis en los sistemas de desaguado y de retención que proporcionan un mayor desaguado, mientras se mantiene una óptima retención y formación. Es difícil obtener el equilibrio óptimo entre la retención, desaguado, secado y formación, añadiendo un solo auxiliar de retención polimérico, y por lo tanto es una práctica corriente añadir dos materiales por separado, secuencialmente.

La patente EP-A-235893 proporciona un proceso en donde se aplica un polímero catiónico soluble en agua, substancialmente lineal, al stock de fabricación del papel antes de una etapa de cizallamiento, y a continuación se reflocula introduciendo bentonita después de dicha etapa de cizalla-miento. Este proceso proporciona un desaguado superior y también una buena formación y retención. Este proceso que está comercializado por Ciba Specialty Chemicals con el nombre registrado de Hydroco®, ha demostrado tener éxito durante más de una década.

Más recientemente ha habido varios intentos para proporcionar variaciones sobre este tema, introduciendo modificaciones de escasa importancia en uno o más componentes. La patente US-A-5393381 describe un proceso de fabricación de papel o cartón en el que se añade una poliacrilamida catiónica ramificada soluble en agua y una bentonita, a la suspensión fibrosa de pulpa. La poliacrilamida catiónica ramificada se prepara polimerizando una mezcla de acrilamida, monómero catiónico, agente de ramificación y agente de transferencia de cadena, mediante una polimerización en solución.

La patente US-A-5882525 describe un proceso en el cual un polímero catiónico ramificado soluble en agua, con un cociente de solubilidad mayor de aproximadamente el 30%, se aplica a una dispersión de sólidos en suspensión, p. ej., un stock de fabricación de papel, con el fin de separar el agua. El polímero catiónico ramificado soluble en agua se prepara a partir de ingredientes similares a la patente US-A-5393381, es decir, por polimerización de una mezcla de acrilamida, monómero catiónico, agente de ramificación y agente de trans-ferencia de cadena.

En la patente WO-A-98/29604 se describe un proceso de fabricación papel en el cual un auxiliar de retención polimérico catiónico se añade a una suspensión celulósica para formar flóculos, degradando mecánicamente los flóculos y a continuación refloculando la suspensión por adición de una solución de un segundo auxiliar polimérico aniónico de reten-ción. El auxiliar polimérico aniónico de retención es un polímero ramificado que se caracteriza por tener un valor de oscilación reológica de tan delta a 0, 005 Hz, mayor de 0, 7 ó un número de viscosidad SLV desionizada, que es por lo menos tres veces el número de viscosidad SLV con las sales, del correspondiente polímero obtenido en ausencia de agente ramificador. Generalmente este polímero soluble en agua, ramificado aniónico se prepara por polimerización de un monómero aniónico soluble en agua o mezcla de monómeros en presencia de bajos niveles de agente de ramificación. El proceso proporciona mejoras significativas en la formación, por comparación con los procesos más tempranos de la técnica anterior.

La patente EP-A-308752 describe un método de fabricación de papel en el cual un polímero orgánico catiónico de bajo peso molecular, se añade a la mezcla de materias primas y a continuación una sílice coloidal y un copolímero de acril-amida con un peso molecular alto de por lo menos 500.000. La descripción parece indicar que el margen más amplio de los pesos moleculares dado al polímero catiónico de bajo peso molecular añadido en primer lugar al conjunto de materias primas es de 1.000 a 500.000. Dichos polímeros de bajo peso molecular sería de esperar que tuvieran viscosidades intrín-secas hasta aproximadamente 2 dl/g.

Sin embargo, existe una necesidad de potenciar más los procesos de fabricación de papel mediante la mejora de la retención, manteniendo o mejorando la formación.

Así pues, la presente invención como se describe en la reivindicación 1, se refiere a un proceso de fabricación de papel o cartón que comprende la formación de una suspensión celulósica, floculación de la suspensión, cizallamiento mecánico de la suspensión y refloculación de la suspensión, desaguado de la suspensión sobre un tamiz para formar una hoja y a continuación secado de esta hoja, en donde la suspensión se flocula introduciendo un polímero soluble en agua de viscosidad intrínseca por encima de 3 dl/g, en la suspensión, caracterizado porque el polímero soluble en agua es un polímero catiónico que ha sido formado a partir de un monómero soluble en agua o una mezcla de monómeros que comprenden por lo menos un monómero catiónico, en donde dicho polímero presenta una valor de la oscilación reológica de tan delta a 0, 005 Hz superior a 1, 1 (calculado sobre una solución acuosa en peso del 1, 5% del polímero) , en donde la suspensión celulósica se reflocula introdu-ciendo un material floculante en el cual el material flo-culante se selecciona del grupo formado por material silíceo el cual está en forma de una composición de micropartículas aniónicas, almidones aniónicos, un polímero soluble en agua aniónico sintético, y micropartículas aniónicas poliméricas reticuladas, y en donde el cizallamiento mecánico se logra pasando la suspensión celulósica floculada a través de una o más etapas de cizallamiento seleccionadas entre un tamiz centrífugo y una bomba de paletas.

El valor de tan delta a 0, 005 Hz se obtiene empleando un reómetro de esfuerzo controlado, en el modo oscilación, sobre una solución acuosa al 1, 5% en peso del polímero en agua desionizada, después de voltear durante dos horas. En el curso de este trabajo se empleó un aparato Carrimed CSR 100 equipado con un cono acrílico de 6 cm con un ángulo del cono de 1º58' y 58 !m de valor de truncación (artículo 5664) . Se empleó un volumen de muestra de aproximadamente 2-3 cc. La temperatura se regula a 20, 0ºC ± 0, 1ºC empleando una placa Peltier. Se emplea un desplazamiento angular de 5 x 10-4 radianes con un barrido de frecuencias de 0, 005 Hz a 1 Hz en 12 etapas sobre una base logarítmica. Se registran mediciones de G' y G" y se emplean para calcular los valores de tan delta (G"/G') .

El valor de tan delta es el ratio entre el módulo de pérdida (viscoso) G" y el módulo de almacenamiento (elástico) G' dentro del sistema.

A bajas frecuencias (0, 005 Hz) se cree que la velocidad de deformación de la muestra es suficientemente lenta para permitir desenmarañar cadenas enmarañadas lineales o ramifi-cadas. Sistemas de redes o reticulados tienen un enmara-ñamiento permanente de las cadenas y muestran valores pe-queños de tan delta a través de un amplio margen de fre-cuencias. Por lo tanto las mediciones a baja frecuencia (p. ej., 0, 005 Hz) se emplean para caracterizar las propiedades del polímero en el entorno acuoso.

Se ha descubierto sorprendentemente que los polímeros que presentan un valor de la oscilación reológica de tan delta a 0, 005 Hz superior a 1, 1, proporcionan un rendimiento mejorado en términos de una mejor retención y mantienen todavía un buen rendimiento de desaguado y formación. Hemos descubierto que los polímeros de alto tan delta, floculan las fibras celulósicas y otros componentes del stock celulósico de fabricar papel más eficientemente, lo cual induce mejoras en la retención.

En una versión preferida, el polímero soluble en agua presenta un valor de la oscilación reológica de tan delta a 0, 005 Hz por encima de 1, 2 ó 1, 3. Con más preferencia el polímero tiene una viscosidad intrínseca por encima de 4 dl/g y un tan delta a 0, 005 Hz por encima de 1, 4 ó 1, 5. En algunos casos el tan delta...

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso de fabricación de papel o cartón el cual comprende la formación de una suspensión celulósica, floculación de la suspensión, cizallamiento mecánico de la sus-pensión y refloculación de la suspensión, desaguado de la suspensión sobre un tamiz para formar una hoja, y a continuación secado de la hoja, en donde la suspensión se flocula introduciendo un polímero soluble en agua, de una viscosidad intrínseca por encima de 3 dl/g en la suspensión, en la cual el polímero soluble en agua es un polímero catiónico que ha sido formado a partir de un monómero o mezcla de monómeros solubles en agua los cuale comprenden por lo menos un monómero catiónico, en donde la suspensión celulósica se reflocula intro-duciendo un material floculante en el cual el material floculante se selecciona del grupo formado por material silíceo que está en forma de una composición de micro-partículas aniónicas, almidones aniónicos, polímero aniónico sintético soluble en agua y micropartículas aniónicas poliméricas reticuladas, y en donde el cizallamiento mecánico se logra pasando la suspensión celulósica floculada a través de una o más etapas de cizallamiento seleccionadas a partir de un tamiz cen-trífugo y una bomba de paletas, caracterizado porque dicho polímero presenta un valor de la oscilación reológica de tan delta a 0, 005 Hz por encima de 1, 1 (calculado sobre una solución acuosa al 1, 5% en peso, del polímero) ,

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el polímero catiónico soluble en agua, presenta un valor de la oscilación reológica de tan delta a 0, 005 Hz de aproximadamente 1, 2 (calculado sobre una solución acuosa al 1, 5% en peso, del polímero) .

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó reivindicación 2, en el cual el polímero catiónico soluble en agua tiene una viscosidad intrínseca de aproximadamente 4 dl/g y un tan delta a 0, 005 Hz entre 1, 3 y 2, 0 (calculado sobre una solución acuosa al 1, 5% en peso de polímero) .

4. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual el polímero catiónico soluble en agua tiene una viscosidad intrínseca de por lo menos 6 dl/g.

5. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual el monómero o mezcla de monómeros solubles en agua comprende por lo menos un monómero catiónico y además comprende por lo menos 2 ppm en peso de un agente de transferencia de cadena.

6. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual el agente de transferencia de cadena está presente en una cantidad entre 5 y 200 ppm en peso.

7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual el agente de transferencia de cadena está presente en una cantidad entre 10 y 50 ppm en peso.

8. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual el material floculante es un material silíceo seleccionado del grupo formado por partículas a base de sílice, microgeles de sílice, sílice coloidal, soles de sílice geles de sílice, polisilicatos, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poli-borosilicatos, zeolitas y arcillas.

9. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el material floculante es un material silíceo el cual es una arcilla hinchable en agua seleccionada del grupo formado por hectorita, smectita, montmorillonitas, nontronitas, saponita, sauconita, hormitas, attapulgitas y sepiolitas.

10. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el cual el material floculante es un polímero aniónico sintético soluble en agua, el cual es un polímero aniónico ramificado soluble en agua que ha sido formado a partir de un monómero o mezcla de monómeros aniónicos solubles en agua, etilénicamente no saturados, y un agente de ramificación y en donde el polímero tiene una viscosidad intrínseca por encima de 4 dl/g y un tan delta a 0, 005 Hz por encima de 0, 7 (calculado sobre una solución acuosa al 1, 5% en peso del polímero) .

 

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