Un método para preparar un polímero asociativo que comprende la fórmula

-[B-co-F]- (I)

en la que B es un segmento de polímero no iónico formado por la polimerización de uno o más monómerosetilénicamente insaturados;

F es un segmento de polímero aniónico o catiónico o una combinación de segmentos depolímeros aniónicos y catiónicos formados por la polimerización de uno o más monómeros aniónicos y/o catiónicosetilénicamente insaturados; y la relación molar B:F es 95:5 a 5:95;

siendo el citado método una técnica de polimerización en emulsión agua en aceite que emplea por lo menos untensioactivo de emulsificación que consiste en por lo menos un tensioactivo no iónico polimérico dibloque o tribloque,en el que la relación del por lo menos un tensioactivo polimérico dibloque o tribloque a monómero es por lo menosaproximadamente 3:100 y en el que la técnica de polimerización en emulsión agua en aceite comprende las etapasde:

(a) preparar una solución acuosa de monómeros,

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

(c) hacer que el monómero de la emulsión se polimerice mediante polimerización por radicales libres porla adición de un iniciador a un pH en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 7,en el que el iniciador se añade por más de una adición discreta de una parte alícuota de iniciador, después de laadición inicial de iniciador y antes de la adición de una parte alícuota final de iniciador.

Retención y drenaje mejorados en la fabricación de papel

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica los beneficios de la solicitud provisional de Estados Unidos número 60/693.852 presentada el 24 de junio de 2005.

Campo de la invención

Esta invención se refiere al proceso de fabricar papel y cartón a partir de una suspensión de pasta celulósica empleando un sistema floculante.

Antecedentes

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

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

Las operaciones antes mencionadas van seguidas de prensado y secado de la hoja continua para eliminar más agua. Con frecuencia se añaden a la suspensión productos químicos orgánicos e inorgánicos antes de la etapa de formación de la hoja continua para hacer el proceso menos costoso y más rápido y/u obtener propiedades específicas en el papel final producido.

La industria papelera se esfuerza continuamente para mejorar la calidad del papel, incrementar la productividad y reducir los costes de fabricación. Con frecuencia se añaden productos químicos a la suspensión de fibras antes de que ésta llegue a la malla o tela de fabricación para mejorar el drenaje/desgote y la retención de sólidos; estos productos químicos se denominan adyuvantes de retención y/o drenaje.

Con frecuencia el drenaje o desgote de la suspensión de fibras en la malla o tela de fabricación es la etapa limitante para conseguir velocidades mayores de la máquina de fabricación de papel. Un desgote mejorado puede originar también una hoja continua más seca en las secciones de prensado y secado, originando un consumo menor de energía. Además, como ésta es la etapa del método de fabricación de papel que determina muchas de las propiedades finales del papel, los adyuvantes de retención y drenaje pueden influir en las características funcionales del papel final.

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 durante el método turbulento de drenaje y formación de la hoja continua de papel. 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 circulación, causando potencialmente formación de depósitos. Adicionalmente, una retención insuficiente incrementa los costes de fabricación debido a pérdida de aditivos destinados a ser adsorbidos sobre las fibras. Los aditivos pueden proporcionar al papel opacidad, resistencia, encolado u otras propiedades deseables.

Tradicionalmente, como adyuvantes de retención y drenaje, se han usado polímeros solubles en agua de peso molecular elevado, con carga catiónica o aniónica. La eficacia de los polímeros o copolímeros usados puede variar dependiendo del tipo de monómeros a partir de los cuales 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 inorgánicas, cuando se usan como adyuvantes de retención y drenaje junto con polímeros solubles en agua de peso molecular elevado, ha conseguido un comportamiento superior de retención y drenaje en comparación con polímeros convencionales solubles en agua 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. 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, inducir cizallamiento en la suspensión de pasta floculada e introducir después bentonita en la suspensión de pasta.

Recientemente se ha encontrado que copolímeros solubles en agua, preparados bajo ciertas condiciones, exhiben características físicas excepcionales. Estos polímeros se preparan sin agentes químicos de reticulación. Adicionalmente, los copolímeros proporcionan una actividad inesperada en ciertas aplicaciones, incluidas aplicaciones de fabricación de papel, como adyuvantes de retención y drenaje. Los copolímeros aniónicos que exhiben las características excepcionales se describen en la solicitud de patente WO 03/050152 A1. Los copolímeros catiónicos y anfóteros que exhiben las características excepcionales se describen en la publicación de la solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0143039 A1.

En la técnica se conoce el uso de partículas inorgánicas con copolímeros lineales de acrilamida. Patentes recientes describen el uso de estas partículas inorgánicas con polímeros aniónicos solubles en agua (patente de Estados Unidos número 6.454.902) o materiales reticulados específicos (patentes de Estados Unidos números 6.454.902,

6.524.439 y 6.616.806) . Sin embargo, aún subsiste la necesidad de mejorar las características de retención y drenaje.

Resumen de la invención

Se describe un método de mejorar la retención y drenaje en un proceso de fabricación de papel. El método proporciona la adición de un polímero asociativo mejorado a una suspensión de pasta, en el que la mejora del polímero la proporcionan varias adiciones discretas del iniciador de radicales libres.

Adicionalmente, se describe un proceso para preparar un polímero asociativo mejorado.

Adicionalmente, se describe una composición que comprende un polímero asociativo mejorado y otros materiales y que comprende opcionalmente fibras de celulosa, útil para proporcionar retención y drenaje mejorados en un proceso de fabricación de papel.

Descripción detallada de la invención

La presente invención proporciona un copolímero mejorado soluble en agua, preparado bajo ciertas condiciones (denominado en lo sucesivo “polímero asociativo”) . Sorprendentemente se ha encontrado que usando una secuencia de adiciones discretas de un iniciador durante el proceso de polimerización se origina un polímero asociativo (como el polímero descrito en las solicitudes de patentes WO 03/050152 A1 y US 2004/0143039 A1) que tiene propiedades mejoradas, como unas características mejoradas de retención y drenaje, con respecto al polímero asociativo descrito en las solicitudes de patentes WO 03/050152 A1 y US 2004/0143039.

Para los fines de esta invención, “adición discreta de un iniciador” significa adiciones de iniciador que se producen después de añadir una parte alícuota inicial de iniciador al inicio de la reacción de polimerización y antes de la adición de partes alícuotas finales de iniciador usadas para reducir los niveles residuales de monómero a niveles aceptables comercialmente. Partes alícuotas finales son las que se añaden después de que la reacción se haya completado en un porcentaje mayor que aproximadamente 95%.

La presente invención proporciona también una nueva composición que comprende el polímero asociativo y otros materiales.

La presente invención proporciona también una composición que comprende un polímero asociativo, otros materiales y fibras de celulosa.

También se ha observado que el uso del polímero asociativo como adyuvante de retención y drenaje tiene influencia sobre el rendimiento de otros aditivos en el sistema de fabricación de papel. La retención y/o drenaje mejorados pueden tener un efecto directo e indirecto. El efecto directo se refiere a que el adyuvante de retención y drenaje actúa reteniendo el aditivo. El efecto indirecto se refiere a la eficacia del adyuvante de retención y drenaje para retener cargas y finos a los que el aditivo se une por medios físicos... [Seguir leyendo]

1. Un método para preparar un polímero asociativo que comprende la fórmula

–[B–co–F]– (I)

en la que B es un segmento de polímero no iónico formado por la polimerización de uno o más monómeros etilénicamente insaturados; F es un segmento de polímero aniónico o catiónico o una combinación de segmentos de polímeros aniónicos y catiónicos formados por la polimerización de uno o más monómeros aniónicos y/o catiónicos etilénicamente insaturados; y la relación molar B:F es 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 dibloque o tribloque, en el que la relación del por lo menos un tensioactivo polimérico dibloque o tribloque 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 monómeros,

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

(c) hacer que el monómero de la emulsión se polimerice mediante polimerización por radicales libres por la adición de un iniciador a un pH en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 7,

en el que el iniciador se añade por más de una adición discreta de una parte alícuota de iniciador, después de la adición inicial de iniciador y antes de la adición de una parte alícuota final de iniciador.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el polímero asociativo se forma a partir 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.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el polímero asociativo se forma a partir de monómeros que comprenden además por lo menos un monómero aniónico seleccionado del grupo que consiste en los ácidos libres o sales 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.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una o más de las más que una adición discreta de iniciador se realizan cuando la reacción se ha completado en un porcentaje de aproximadamente 1 a 90 por ciento.

5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una o más de las más que una adición discreta de iniciador se realizan cuando la reacción se ha completado en un porcentaje de aproximadamente 5 a 60 por ciento.

6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una o más de las más que una adición discreta de iniciador se realizan cuando la reacción se ha completado en un porcentaje de aproximadamente 10 a 60 por ciento.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el monómero aniónico comprende ácido acrílico.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el monómero no iónico comprende acrilamida.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el monómero aniónico comprende ácido acrílico y el monómero no iónico comprende acrilamida.

10. Uso del polímero asociativo obtenible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 como adyuvante de retención y/o drenaje en un proceso de fabricación de papel.