Nuevos modificadores de reología para modificar el comportamiento reológico de composiciones de recubrimiento.

Un proceso para preparar una composición de recubrimiento que comprende las etapas de

(i) proporcionar modificadores de reología,

(ii) opcionalmente formar una solución acuosa o emulsión inversa (agua en aceite) de los modificadores de reología, y

(iii) mezclar los modificadores de reología de la etapa (i) o la solución acuosa o emulsión inversa de los modificadores de reología obtenidos en la etapa (ii)

con un aglutinante, un pigmento, un solvente portador y aditivos opcionales con el fin de formar una composición de recubrimiento, en donde los modificadores de reología son polímeros solubles en agua que tienen un peso molecular medio ponderado (pM) de por lo menos 1'000'000 g/mol y una viscosidad intrínseca de por lo menos 2.5 dl/g, ambas se determinan mediante cromatografía de exclusión de tamaño, y en donde los polímeros solubles en agua están en la forma de partículas de sólidas, y en donde los polímeros se componen de unidades de monómero derivadas de

(i) por lo menos un monómero de la fórmula I

R1 y R2 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6 o cicloalquilo C5-8, o R1 y R2 junto con el nitrógeno al cual se adhieren pueden formar un anillo heterocíclico de 5 o 6 miembros, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y R3 y R4 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6, cicloalquilo C5-8, halógeno, arilo o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y

(ii) otros monómeros insaturados etilénicamente opcionales, en donde los otros monómeros insaturados etilénicamente opcionales comprenden por lo menos un monómero de la fórmula II

por lo cual

R5 y R8 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6, cicloalquilo C5-8, halógeno, arilo o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y

M es hidrógeno, amonio, mono-, di-, tri- o tetra alquilamonio C1-4, metal alcalino o metal alcalinotérreo.

Nuevos modificadores de reología para modificar el comportamiento reológico de composiciones de recubrimiento La presente invención se relaciona con modificadores de reología y con mezclas de modificadores de reología para modificar el comportamiento reológico de las composiciones de recubrimiento, con composiciones de recubrimiento que contienen estos modificadores de reología y con sustratos recubiertos con estas composiciones de recubrimiento. También se relaciona con procesos para la preparación de los modificadores de reología y las composiciones de recubrimiento y con procesos para recubrir los sustratos.

Las composiciones de recubrimiento para recubrir un sustrato usualmente incluyen un modificador de reología con el fin de adaptar el comportamiento reológico del color de recubrimiento (sinónimo de composición de recubrimiento) con el dispositivo de recubrimiento y las condiciones de recubrimiento. Las técnicas de recubrimiento tradicionales tales como recubrimiento con cuchilla y recubrimiento con rodillo requieren composiciones de recubrimiento de relativamente alta “viscosidad de bajo corte” (sinónimo de viscosidad Brookfield) y baja “viscosidad de alto corte evidente”. El recubrimiento de cortina, una técnica de recubrimiento relativamente reciente, involucra agregar la composición de recubrimiento como una cortina delgada que cae sobre el sustrato. Este método requiere composiciones de recubrimiento baja “viscosidad de bajo corte”, pero alta “viscosidad extensional evidente” (sinónimo de alta elasticidad) , ya que la cortina de la composición de recubrimiento no se debe romper especialmente cuando el sustrato se mueve a alta velocidad.

Los modificadores de reología son usualmente polímeros. Mientras que se conocen muchos modificadores de reología, que en una composición de recubrimiento exhiben alta “viscosidad de bajo corte” y baja “viscosidad de alto corte evidente”, y así son adecuados para las técnicas de recubrimiento tradicionales, son raros los modificadores de reología, que como solución acuosa exhiben alta “viscosidad extensional evidente” y así son adecuados para recubrimiento de cortina.

Un modificador de reología, que está disponible comercialmente y es capaz de proporcionar soluciones acuosas de altas “viscosidades extensionales evidentes”, es Sterocoll® BL, vendido por BASF. La desventaja de este modificador de reología es que solo se puede obtener como una emulsión inversa (agua en aceite) . Las emulsiones inversas son inestables ya que las fases se pueden separar fácilmente y tienden a congelarse, lo que puede provocar la formación de partículas de gel no disueltas. Por lo tanto, las emulsiones inversas requieren de equipo adicional tal como dispositivos de mezclado o calentamiento cuando se almacena, transporta, o agrega en la composición de recubrimiento y así se hace difícil su manejo. Adicionalmente, las emulsiones inversas generan residuos de aceite, y así por razones ambientales e demanda una especia limpieza después de uso.

Es un primer objeto de la presente invención proporcionar un modificador de reología para composiciones de recubrimiento, que sea capaz de proporcionar soluciones acuosas de altas “viscosidades extensionales evidentes”, y que es fácil de manejar y no causa problemas ambientales.

Este objeto se resuelve mediante los procesos de las reivindicaciones 1 y 3, la composición de recubrimiento de la reivindicación 2 y el sustrato de la reivindicación 7.

El algunos procesos de recubrimiento para preparar papel recubierto, que incluye operaciones de recubrimiento con cuchilla, e requieren composiciones de recubrimiento de de una más alta “viscosidad de alto corte evidente” que la usual. Las composiciones de recubrimiento que tienen una alta cantidad de alcohol polivinílico como co-aglutinante se conocen por cumplir este requerimiento. Sin embargo, cuando se reciclan los residuos de papel con esta composición, se obtiene una pulpa de papel que contiene material pegajoso de color claro, denominado “white pitch”, resultando el “white pitch” a través de la máquina de papel y en papel de baja calidad. Como una consecuencia, la máquina se detiene y se limpia, con el fin de evitar la formación adicional de “white pitch”, un incremento en la demanda de químicos, se necesita en el extremo húmedo, por ejemplo fijadores.

En algunos casos, la formación de “white pitch” se relaciona con la presencia de alcohol polivinílico en la pulpa de papel como se discute en Teirfolk, J. E, Hossenlopp, C., Castaing, J. C., “Interactions between latex, calcium ions and polyvinyl alcohol”, PTS-Streicherei-Symposium, 2001.

Por lo tanto, es un segundo objeto de la presente invención proporcionar un modificador de reología para composiciones de recubrimiento, que sea capaz de formar composiciones de recubrimiento de mas baja “viscosidad de alto corte evidente” que la usual sin requerir la presencia de altas cantidades de alcohol polivinílico como coaglutinante.

Este objeto se resuelve mediante la composición de recubrimiento de la reivindicación 10, los procesos de las reivindicaciones 11 y 12, y el sustrato de la reivindicación 16.

Los modificadores de reología de la composición de recubrimiento del primer aspecto de la presente invención son polímeros solubles en agua que tienen un peso molecular medio ponderado (pM) de por lo menos 1'000'000 g/mol y una viscosidad intrínseca de por lo menos 2.5 dl/g, ambas se determinan mediante cromatografía de exclusión de tamaño, y los modificadores de reología están en la forma de partículas de sólidas.

Preferiblemente, los polímeros tienen un peso molecular medio ponderado (pM) de por lo menos 2'000'000 g/mol y una viscosidad intrínseca de por lo menos 3.5 dl/g, ambas se determinan mediante cromatografía de exclusión de tamaño. Más preferiblemente, los polímeros tienen un peso molecular medio ponderado (pM) de por lo menos 2'500'000 g/mol y una viscosidad intrínseca de por lo menos 4.5 dl/g, ambas se determinan mediante cromatografía de exclusión de tamaño.

Preferiblemente, las partículas sólidas son microesferas. Preferiblemente, las microesferas tienen un diámetro en el rango de 1 a 1000 μm, más preferiblemente, de 100 a 400 μm.

Soluble en agua significa que por lo menos 1 g de polímero se disuelve en 100 g de agua para formar una solución viscosa.

Los polímeros se componen de unidades de monómero derivadas de (i) por lo menos un monómero de la fórmula I

por lo cual R1 y R2 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6 o cicloalquilo C5-8, o R1 y R2 junto con el nitrógeno al cual se adhieren pueden formar un anillo heterocíclico de 5 o 6 miembros, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y R3 y R4 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6, cicloalquilo C5-8, halógeno, arilo o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y (ii) otros monómeros insaturados etilénicamente opcionales.

Ejemplos de alquilo C1-6 son metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, sec-butilo, tert-butilo, isobutilo, pentilo y hexilo. Ejemplos de cicloalquilo C5-8 son ciclopentilo, ciclohexilo y cicloheptilo. Ejemplos de anillos heterocíclicos de 5 o 7 miembros son morfolino, pirrolidino y piperidino. Ejemplos de arilo son fenilo y fenilo sustituido tal como tolilo. Ejemplos de halógeno son bromo y cloro. Ejemplos de alcoxi C1-4 son metoxi, etoxi, propoxi, isopropoxi, butoxi, secbutoxi, tert-butoxi y isobutoxi. Ejemplos de mono- o dialquilamino C1-4 son N-metilamino, N, N-etilmetilamino, N, Ndietilamino, N, N-dipropilamino, N-isopropilamino y N, N-dibutilamino.

Ejemplos de los monómeros de la fórmula (I) son (met) acrilamida, N, N-dimetil (met) acrilamida, N, N-dietil (met) acrilamida, N-isopropil (met) acrilamida.

Preferiblemente, R1 y R2 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno o alquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-4 se puede sustituir con amino o mono- o dialquilamino C1-4, y R3 y R4 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-4 o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-4 se puede sustituir con amino o mono- o dialquilamino C1-4.

Ejemplos... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para preparar una composición de recubrimiento que comprende las etapas de

(i) proporcionar modificadores de reología,

(ii) opcionalmente formar una solución acuosa o emulsión inversa (agua en aceite) de los modificadores de reología, y

(iii) mezclar los modificadores de reología de la etapa (i) o la solución acuosa o emulsión inversa de los modificadores de reología obtenidos en la etapa (ii) con un aglutinante, un pigmento, un solvente portador y aditivos opcionales con el fin de formar una composición de recubrimiento, en donde los modificadores de reología son polímeros solubles en agua que tienen un peso molecular medio ponderado (pM) de por lo menos 1'000'000 g/mol y una viscosidad intrínseca de por lo menos 2.5 dl/g, ambas se determinan mediante cromatografía de exclusión de tamaño, y en donde los polímeros solubles en agua están en la forma de partículas de sólidas, y en donde los polímeros se componen de unidades de monómero derivadas de (i) por lo menos un monómero de la fórmula I

R1 y R2 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6 o cicloalquilo C5-8, o R1 y R2 junto con el nitrógeno al cual se adhieren pueden formar un anillo heterocíclico de 5 o 6 miembros, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y R3 y R4 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6, cicloalquilo C5-8, halógeno, arilo o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y (ii) otros monómeros insaturados etilénicamente opcionales, en donde los otros monómeros insaturados etilénicamente opcionales comprenden por lo menos un monómero de la fórmula II

por lo cual R5 y R8 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6, cicloalquilo C5-8, halógeno, arilo o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y M es hidrógeno, amonio, mono-, di-, tri- o tetra alquilamonio C1-4, metal alcalino o metal alcalinotérreo.

2. Una composición de recubrimiento que se puede obtener mediante el proceso de la reivindicación 1.

3. Un proceso para recubrir un sustrato que comprende las etapas de

(i) proporcionar los modificadores de reología de la reivindicación 1,

(ii) opcionalmente formar una solución acuosa o emulsión inversa (agua en aceite) del modificador de reología de la reivindicación 1,

(iii) mezclar los modificadores de reología de la etapa (i) o la solución acuosa o emulsión inversa de los modificadores de reología obtenidos en la etapa (ii) con un aglutinante, un pigmento, un solvente portador y aditivos opcionales con el fin de formar una composición de recubrimiento, y (iv) aplicar la composición de recubrimiento obtenida en la etapa (iii) sobre el sustrato.

4. El proceso de la reivindicación 3 en donde el sustrato se hace de papel, caja o polímero.

5. El proceso de la reivindicación 4, en donde el sustrato se hace de papel.

6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en donde la composición de recubrimiento se aplica mediante recubrimiento de cortina sobre el sustrato.

7. Un sustrato recubierto mediante el proceso de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6.

8. Uso del modificador de reología de la reivindicación 1 para operaciones de recubrimiento.

9. Uso de los modificadores de reología de la reivindicación 1 para operaciones de recubrimiento de cortina.

10. Una composición de recubrimiento, que comprende una mezcla de modificadores de reología que comprende un primer modificador de reología, que es un polímero soluble en agua que tiene un peso molecular medio ponderado (pM) de por lo menos 1'000'000 g/mol y una viscosidad intrínseca de por lo menos 2.5 dl/g, ambas se determinan mediante cromatografía de exclusión de tamaño, y un segundo modificador de reología, que tiene un peso molecular medio ponderado de 2'000 g/mol a 800'000 g/mol, según se determina mediante cromatografía de exclusión de tamaño, un aglutinante, un pigmento, un solvente portador y aditivos opcionales, en donde el primer modificador de reología es un polímero compuesto de unidades de monómero derivadas de

(i) por lo menos un monómero de la fórmula I

por lo cual R1 y R2 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6 o cicloalquilo C5-8, o R1 y R2 junto con el nitrógeno al cual se adhieren pueden formar un anillo heterocíclico de 5 o 6 miembros, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y R3 y R4 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6, cicloalquilo C5-8, halógeno, arilo o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y (ii) otros monómeros insaturados etilénicamente opcionales, en donde los otros monómeros insaturados etilénicamente opcionales comprenden por lo menos un monómero de la fórmula II

por lo cual R5 y R6 pueden ser iguales o diferentes y son hidrógeno, alquilo C1-6, cicloalquilo C5-8, halógeno, arilo o NHCOalquilo C1-4, por lo cual el alquilo C1-6 se puede sustituir con amino, hidroxilo, halógeno, alcoxi C1-4, arilo o mono- o dialquilamino C1-4, y M es hidrógeno, amonio, mono-, di-, tri- o tetraalquilamonio C1-4, metal alcalino o metal alcalinotérreo, y en donde la segunda reología se prepara a partir de una mezcla de monómero que comprende por lo menos un monómero acrílico.

11. Un proceso para preparar una composición de recubrimiento que comprende las etapas de

(i) proporcionar la mezcla de modificadores de reología de la reivindicación 10

(ii) mezclar la mezcla de modificadores de reología de la etapa (i) con un aglutinante, un pigmento, un solvente portador y aditivos opcionales con el fin de formar una composición de recubrimiento.

12. Un proceso para recubrir un sustrato que comprende las etapas de

(i) proporcionar la composición de recubrimiento de la reivindicación 10, y

(ii) aplicar la composición de recubrimiento obtenida en la etapa (iii) sobre el sustrato.

13. El proceso de la reivindicación 12 en donde el sustrato se hace de papel, caja o polímero.

14. El proceso de la reivindicación 13, en donde el sustrato se hace de papel.

15. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en donde la composición de recubrimiento se aplica 5 mediante recubrimiento con cuchilla sobre el sustrato.

16. Un sustrato recubierto mediante el proceso de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15.

17. Uso de la composición de recubrimiento de la reivindicación 10 para operaciones de recubrimiento con cuchilla.

18. Un método para reducir el “white pitch” en la producción de papel recubierto que comprende la etapa de recubrir el papel con una composición de recubrimiento de la reivindicación 10.