Un nanocompuesto aniónico para usar como ayuda de retención y drenaje en la fabricación de papel,

que puede obtenerse mediante un procedimiento que comprende las etapas de:

a) proporcionar una solución de silicato sódico

b) anadir un polielectrolito aniónico a la solución de silicato sódico, en el que el polielectrolito aniónico esta seleccionado entre el grupo que consiste en polisulfonatos, poliacrilatos y polifosfonatos;

y c) combinar con acido silicico la solución de silicato sódico que contiene el polielectrolito aniónico, en el que el acido silicico se combina con la solución de silicato sódico que contiene el polielectrolito aniónico, por adición del acido silicico a la solución, o en el que el acido silicico se combina con la solución de silicato sódico que contiene el polielectrolito aniónico, por generación del acido silicico in situ mediante la adición de una solución de silicato sódico que contiene tambien un polielectrolito aniónico, o pueden anadirse los dos por separado, a una resina de intercambio iónico debilmente acida en forma hidrógeno.

Un nanocompuesto aniónico para usar como una ayuda de retención y drenaje en la fabricación de papel

Campo de la invención

Esta invención se refiere, en general, al campo de la fabricación de papel y mas particularmente, a la preparación de 5 nanocompuestos aniónicos y a su uso como ayudas de retención y drenaje.

Antecedentes de la invención

En la fabricación de papel una suspensión acuosa celulósica o pasta, se configura en una hoja de papel. La suspensión se diluye generalmente hasta una consistencia (tanto por ciento de peso seco de los sólidos de la pasta) menor que 1% y, frecuentemente, menor que 0, 5%, delante de la maquina papelera, al tiempo que la hoja terminada debe tener menos del 6 por ciento en peso de agua. Por tanto, los aspectos de deshidratación de la fabricación de papel son sumamente importantes para la eficacia y el coste de fabricación.

El metodo de deshidratación menos costoso es el de drenaje, y despues de este se han utilizado metodos mas costosos, que incluyen compresión en vacio, secado y compresión en capas de fieltro, evaporación, y metodos semejantes, asi como una combinación de tales metodos. Debido a que el drenaje es tanto el primer metodo de deshidratación empleado como el menos costoso, la mejora de la eficacia del drenaje hara disminuir la cantidad de agua que se necesita separar por otros metodos, y aumentar la eficacia global de la deshidratación reduciendo con ello su costo.

Otro aspecto de la fabricación de papel, que es sumamente importante para la eficacia y coste de fabricación, es la retención de componentes de la pasta papelera (pasta celulósica) sobre la esterilla de fibras y dentro de la misma 20 que se esta formando. La suspensión de fabricación de papel representa un sistema que contiene cantidades importantes de pequenas particulas estabilizadas por fuerzas coloidales. La pasta celulósica de fabricación de papel contiene generalmente, ademas de las fibras celulósicas, particulas que varian de tamano desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 1000 nanómetros, que consisten, por ejemplo, en finos celulósicos, materiales de carga minerales (empleados para aumentar la opacidad, el brillo y otras caracteristicas del papel) y otras particulas pequenas que, en general, sin la inclusión de una o mas ayudas de retención podrian atravesar los espacios (poros) existentes entre las fibras celulósicas de la esterilla de fibras que esta siendo formada.

Una mayor retención de los finos, materiales de carga y otros componentes de la pasta permite, para una calidad dada del papel, una disminución del contenido de fibra celulósica de tal papel. Dado que se emplean pulpas de calidad inferior para reducir los costes de la fabricación de papel, el aspecto de retención del proceso de fabricación 30 del papel se hace aun mas importante debido a que el contenido de finos de tales pulpas de calidad inferior es, generalmente, mayor que el de las pulpas de calidad superior. Una mayor retención hace disminuir tambien la cantidad de tales sustancias que se pierden en el agua pura y, por tanto, disminuye la cantidad de materiales de desecho, el coste de su eliminación y los efectos adversos para el medio ambiente. En general, es deseable reducir la cantidad de material empleado en un proceso de fabricación de papel para una finalidad dada, sin disminuir el resultado buscado. Tales reducciones adicionales pueden realizar tanto economias del costo de materiales como beneficios en lo referente a la manipulación y el procesamiento.

Otra caracteristica importante de un proceso dado de fabricación de papel, es la formación de la hoja de papel producida. La formación puede estar determinada por la variación de la transmisión de luz dentro de una hoja de papel, y una variación alta es indicativa de mala formación. A medida que la retención aumenta hasta un nivel alto, por ejemplo un nivel de retención de 80 a 90%, el parametro de formación generalmente declina.

Diversos aditivos quimicos han sido utilizados con el intento de aumentar el grado en que el agua drena desde la hoja formada, e incrementar la cantidad de finos y materiales de carga retenidos en la hoja. El empleo de polimeros hidrosolubles de peso molecular alto constituy6 una mejora importante en la fabricación de papel. Estos polimeros de peso molecular alto actuan como floculantes, formando fl6culos grandes que se depositan sobre la hoja, 45 Tambien ayudan en la deshidratación de la hoja. Con objeto de ser eficaces los programas convencionales de retención y drenaje por polimeros, sencillos y dobles, requieren la incorporación de un componente de peso molecular mas alto como parte del programa. En esos programas convencionales, el componente de peso molecular alto se anade despues de un punto de alta cizalladura en el sistema de circulación del "stock" que conduce a la caja de cabeza de la maquina de papel. Esto es necesario debido a que los fl6culos se forman principalmente 50 mediante un mecanismo puente y su rotura es en gran medida irreversible y no vuelven a formarse en una extensión importante.. Por esta razón, la mayor parte del comportamiento de retención y drenaje de un floculante se pierde al alimentarle antes de un punto de cizalladura alta. Por otra parte, la adición de polimeros de peso molecular alto despues del punto de cizalladura alta da lugar frecuentemente a problemas de formación. Por tanto, los requisitos de adición de polimeros y copolimeros de peso molecular alto que proporcionen una retención mejorada conduce, 55 frecuentemente, a un compromiso entre retención y formación. Por consiguiente han sido desarrolladas "microparticulas" inorganicas y anadidas a programas de floculantes de peso molecular alto para mejorar el comportamiento.

Los programas de polimeros/microparticulas han obtenido exito comercial reemplazando el uso en muchas fabricas de programas de retención y drenaje con polimeros solamente. Los programas que contienen microparticulas estan definidos no solamente por el uso de un componente en microparticulas, sino tambien, a menudo, por los puntos de adición de compuestos quimicos con respecto a la cizalladura. En la mayoria de los programas de retención que contienen microparticulas, se anaden polimeros de peso molecular alto o bien antes o bien despues de al menos un punto de alta cizalladura. El material inorganico en microparticulas se anade habitualmente luego a la composición de fabricación despues de que el "stock" ha sido floculado con el componente de peso molecular alto y sometido a cizalladura para romper estos fl6culos. La adición de microparticulas vuelve a flocular la pasta papelera, dando un resultado de retención y drenaje que es, por lo menos, tan bueno como el alcanzado usando el componentes de peso molecular alto del modo convencional (despues de cizalladura) sin impacto perjudicial sobre la formación.

Uno de tales programas empleado para proporcionar una combinación mejorada de retención y deshidratación esta descrito en las patentes de EE.UU. Nos. 4.753.710 y 4.913.775. Segun estas patentes, se anade un polimero catiónico lineal de peso molecular alto a la suspensión acuosa celulósica de fabricación de papel antes de someter a cizalladura a la suspensión, seguido de la adición de bentonita despues de aplicar la cizalladura. La cizalladura se proporciona, generalmente, por una o mas de las etapas de limpieza, mezcla y bombeo del proceso de fabricación del papel, y la cizalladura rompe los fl6culos grandes formados por el polimero de peso molecular alto originando microfl6culos. Una aglomeración posterior tiene lugar despues con la adición de las particulas de bentonita.

Otros programas de microparticulas tales estan basados en el uso de silice coloidal como una microparticula en combinación con almidón catiónico tal como se describe en las patentes de EE.UU. Nos. 4.388.150 y 4.385.961, 6 en el uso de una mezcla en estado de sol de un almidón catiónico, floculante, y silice, tal como se describe en las patentes de EE.UU. Nos. 5.098.520 y 5.185.082. La patente de EE.UU. No. 4.643.801 describe un metodo de preparación de papel usando un polimero aniónico, hidrosoluble, de peso molecular alto, una silice dispersa y un almidón catiónico.

Aun cuando, como se describe, la microparticula se anade, tipicamente, a la pasta celulósica despues del floculante y despues de al menos una zona de cizalladura, el efecto de la microparticula puede observarse tambien si las microparticulas se anaden antes del floculante y de la zona de cizalladura (por ejemplo, cuando las microparticulas se anaden antes del tamiz de la fabricación del papel y el floculante despues de... [Seguir leyendo]

1. Un nanocompuesto aniónico para usar como ayuda de retención y drenaje en la fabricación de papel, que puede obtenerse mediante un procedimiento que comprende las etapas de:

a) proporcionar una solución de silicato s6dico b) anadir un polielectrolito aniónico a la solución de silicato s6dico, en el que el polielectrolito aniónico esta seleccionado entre el grupo que consiste en polisulfonatos, poliacrilatos y polifosfonatos; y c) combinar con acido silicico la solución de silicato s6dico que contiene el polielectrolito aniónico, en el que el acido silicico se combina con la solución de silicato s6dico que contiene el polielectrolito aniónico, por adición del acido silicico a la solución, o en el que el acido silicico se combina con la solución de silicato s6dico que contiene el polielectrolito aniónico, por generación del acido silicico in situ mediante la adición de una solución de silicato s6dico que contiene tambien un polielectrolito aniónico, o pueden anadirse los dos por separado, a una resina de intercambio iónico debilmente acida en forma hidr6geno.

2. El nanocompuesto aniónico segun la reivindicación 1, en el que el polielectrolito aniónico es un condensado de un naftalenosulfonato y formaldehido.

3. El nanocompuesto aniónico segun la reivindicación 1, en el que el polielectrolito aniónico tiene un peso molecular desde 500 a 1.000.000.

4. El nanocompuesto aniónico segun la reivindicación 3, en el que el polielectrolito aniónico tiene una densidad de carga desde 1a 13 miliequivalentes/gramo.

5. El nanocompuesto aniónico segun la reivindicación 1, en el que el polielectrolito aniónico se anade a la solución 20 de silicato s6dico en una cantidad desde 0, 5 a 15% en peso, basada en la concentración total final de silice.

6. El nanocompuesto aniónico segun la reivindicación 1, en el que la razón del polielectrolito aniónico a silice total es 0, 5 a 15%.

7. El nanocompuesto aniónico segun la reivindicación 1, en el que la razón del polielectrolito aniónico a silice total es 0, 5 a 10%.

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