Modificación de fibras de celulosa usando derivados de celulosa anfótera.

Metodo para modificar fibras de celulosa, caracterizado porque las fibras de celulosa se tratan durante al menos 5 minutos con una disolucion acuosa que contiene electrolito de un derivado de celulosa anfotera,

mediante lo cual la temperatura durante el tratamiento es de al menos 50°C, y se aplica al menos una de las siguientes condiciones:

A) el pH de la disolucion acuosa durante el tratamiento se encuentra en el intervalo de aproximadamente 1,5-4,5, preferiblemente en la regi6n de 2-4; o

C) la concentracion del electrolito en la disolucion acuosa se encuentra en el intervalo de aproximadamente

0,0001-0,05 M, preferiblemente de aproximadamente 0,001-0,04 M, si el electrolito tiene cationes monovalentes, o en el intervalo de aproximadamente 0,0002-0,1 M, preferiblemente de aproximadamente 0,0005-0,02 M, si el electrolito tiene cationes divalentes,

en el que el derivado de celulosa anfotera es un derivado de CMC y se ha cationizado hasta un grado de sustitucion de hasta 1,0.

Modificación de fibras de celulosa usando derivado de celulosa anfótera

Esta invención se refiere a un método para la modificación de materiales lignocelulósicos. Además, la invención se refiere a productos que pueden obtenerse mediante el método mencionado anteriormente y a los usos de dichos productos.

Antecedentes

El uso de carboximetilcelulosa, a continuación en el presente documento denominada CMC, como agente de resistencia en seco o como aditivo durante el refinado de pasta de papel se describe, por ejemplo, por B. T. Hofreiter en Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology, capítulo 14, volumen III, 3a edición, Nueva York, 1981; W. F. Reynolds en Dry strength additives", Atlanta 198; D. Eklund y T. Lindstróm en Paper Chemistry-an ¡ntroduction, Grankulla, Finlandia 1991; J. C. Roberts en Paper Chemistry"; Glasgow y Londres 1991.

CMC es aniónica y por tanto tiene una baja afinidad por fibras lignocelulósicas, puesto que éstas están cargadas aniónicamente. Pueden usarse sales de aluminio para conservar estos aditivos, tal como se ha descrito, por ejemplo, por L. Laurell en Svensk Papperstidning, 55a edición anual, 1952, n.° 1, página 366.

En el documento WO 1/2189 se da a conocer un método para la modificación de material de fibra lignocelulósica, que se refiere más específicamente a un método mediante lo cual se tratan fibras de celulosa durante al menos 5 minutos con una disolución acuosa que contiene electrolito (en condiciones ácidas o básicas) de CMC (carboximetilcelulosa) o un derivado de CMC, mediante lo cual la temperatura durante el tratamiento es de al menos 1°C (es decir a temperaturas relativamente altas) y se aplica al menos una de las siguientes condiciones:

A) el pH de la disolución acuosa durante el tratamiento se encuentra en el intervalo de aproximadamente 1,5-4,5; o

B) el pH de la disolución acuosa durante el tratamiento es mayor de aproximadamente 11; o

C) la concentración del electrolito en la disolución acuosa se encuentra en el intervalo de aproximadamente ,1- ,5 M si el electrolito tiene cationes monovalentes, o en el intervalo de aproximadamente ,2-,25 M si el electrolito tiene cationes divalentes.

Además es preferible si la condición C se aplica junto con o bien la condición A o bien la condición B.

Además, se dan a conocer resultados con respecto a la adsorción de CMC (condiciones de adsorción: diferentes tipos de electrolitos, pH, concentración de la pasta, tiempo, temperatura, DS de CMC) en Laine, J., Lindstróm, T., Glad Nordmark, G. y Risinger, G. (2): Studies on Topochemical Modification of Cellulosic Fibres. Part 1. Chemical Conditions for the Attachment of Carboxymethyl Cellulose onto Fibres, Nordic Pulp Paper Res. J. 15(5), 52.

Los efectos técnicos también se han dado a conocer en otras publicaciones (véase Laine, J., Lindstróm, T., Glad Nordmark, G. y Risinger, G. (22a): Studies on TopoChemical Modification of Cellulosic Fibres. Part 2. The Effect of Carboxymethyl Cellulose Attachment on Fibre Swelling and Paper Strength, Nordic Pulp Paper Res. J. 17(1), 5; Laine, J., Lindstróm, T., Glad Nordmark, G. y Risinger, G. (22b): Studies on TopoChemical Modification of

Cellulosic Fibres. Part 3. The Effect of Carboxymethyl Cellulose Attachment on Wet-strength Development by

Alkaline-curing Polyamide-amine Epiclorohydrin Resins, Nordic Pulp Paper Res. J. 17(1), 57; y Laine, J. y Lindstróm, T. (21): Topochemical Modification of Cellulosic Fibres with Bipolar Activators-An OverView of Some Technical Applications, Int. Papwirtsch. 1, 4.

Sin embargo el método anterior, es decir el dado a conocer en el documento WO 1/2189, tiene algunas deficiencias. Por ejemplo, es difícil adsorber más de aproximadamente 25 mg/g de CMC y entonces debe usarse una carga de aproximadamente 4 mg/g de CMC (véase por ejemplo un ejemplo comparativo que se encuentra en la parte de ejemplos de la presente descripción). Con el fin de usar el método anterior sería una ventaja evidente sí la adsorción fuera cuantitativa. También seria una ventaja si pudiera usarse una cantidad menor de electrolito durante el tratamiento de la pasta ya que es deseable en molinos cerrados para minimizar la fuga de productos químicos añadidos. Por tanto seria deseable si pudieran usarse cantidades de adición mayores de CMC, en

particular si se pretende eliminar la etapa de refinado durante la fabricación de papel. Durante el refinado se

consume energía eléctrica y durante el refinado las fibras se hinchan lo que supone una enorme desventaja ya que el agua de hinchamiento no se elimina por compresión fácilmente y por tanto es necesario gastar más energía durante el secado del papel. Adicionalmente, lo cual es el factor más importante económicamente para el fabricante de papel, el refinado limita considerablemente la producción en máquinas de papel de secado limitado (esto último es lo más común).

Sumario de la invención

La presente invención soluciona uno o más de los problemas y/o limitaciones anteriores proporcionando según un primer aspecto un método para modificar fibras de celulosa en el que las fibras de celulosa se tratan durante al menos 5 minutos con una disolución acuosa que contiene electrolito de un derivado de celulosa anfótera mediante lo

cual la temperatura durante el tratamiento es de al menos aproximadamente 5°C, y se aplica al menos una de las siguientes condiciones:

A) el pH de la disolución acuosa durante el tratamiento se encuentra en el intervalo de aproximadamente 1,5-4,5, preferiblemente en la región de 2-4; o

C) la concentración del electrolito en la disolución acuosa se encuentra en el intervalo de aproximadamente ,1- ,5 M, preferiblemente de aproximadamente ,1-,4 M, si el electrolito tiene cationes monovalentes (tal como Na2SC>4), o en el intervalo de aproximadamente ,2-,1 M, preferiblemente de aproximadamente ,5-,2 M, si el electrolito tiene cationes divalentes (tal como CaCk). Es preferible si la condición C se aplica junto con la condición A.

La presente invención también proporciona según un segundo aspecto un material llgnocelulóslco modificado que puede obtenerse mediante el método según el primer aspecto. La presente invención también proporciona según un tercer aspecto el uso del material lignocelulósico del segundo aspecto.

Descripción detallada de la invención

A lo largo de toda la presente descripción se pretende que la expresión derivado de celulosa anfótera" abarque cualquier derivado de celulosa que comprende simultáneamente restos tanto catiónicos como aniónicos. Además, dicho derivado de celulosa anfótera es preferiblemente un derivado de celulosa anfótera que todavía tiene carga neta negativa, pero que comprende una cantidad menor de grupos catiónicamente activos. De manera todavía más preferida, dicho derivado de celulosa es un derivado de CMC anfótera, de manera especialmente preferida un derivado de CMC anfótera con un grado de sustitución molar preferido de entre ,3 y 1,2, es decir D.S = ,3 - 1,2. Este derivado de CMC puede haberse cationizado adicionalmente de una manera bien conocida para el experto, hasta un grado de sustitución de entre -1,, preferiblemente -,4. La cationización se realiza preferiblemente mediante la Introducción de al menos una función amonio; lo más preferido una función amonio secundario, terciario o cuaternario (o una mezcla de los mismos) en el derivado.

Las fibras de celulosa que pueden usarse con la presente invención incluyen todos los tipos de fibras a base de madera, tales como pastas a la sosa, al sulfato y al sulfito, no blanqueadas, semiblanqueadas y blanqueadas, junto con pastas mecánicas, termomecánicas, quimiomecánicas y quimiotermomecánicas no blanqueadas, semiblanqueadas y blanqueadas, y mezclas de las mismas. Pueden usarse tanto fibras nuevas como fibras recicladas con la presente invención, al igual que mezclas de las mimas. Pueden usarse pastas de árboles tanto de madera blanda como de madera dura, al igual que mezclas de tales pastas. También pueden usarse pastas que no están basadas en madera, tales como linters de algodón, celulosa regenerada, kenaf y fibras de hierba con la presente invención.

La concentración preferida de derivado de celulosa anfótera es de aproximadamente el ,2-4% p/p, calculado con respecto al peso seco del material de fibra. Una concentración más preferida es de aproximadamente el ,4-2% p/p, y la concentración más preferida de aditivo es de aproximadamente el ,8-1% p/p.

El concepto CMC" se usa en el presente documento para incluir, además de carboximetilcelulosa, diversos derivados de la misma. El grado de sustitución molar preferido es de aproximadamente ,3-1,2 y la viscosidad... [Seguir leyendo]

Método para modificar fibras de celulosa, caracterizado porque las fibras de celulosa se tratan durante al menos 5 minutos con una disolución acuosa que contiene electrolito de un derivado de celulosa anfótera, mediante lo cual la temperatura durante el tratamiento es de al menos 5°C, y se aplica al menos una de las siguientes condiciones:

A) el pH de la disolución acuosa durante el tratamiento se encuentra en el intervalo de aproximadamente 1,5-4,5, preferiblemente en la región de 2-4; o

C) la concentración del electrolito en la disolución acuosa se encuentra en el intervalo de aproximadamente ,1-,5 M, preferiblemente de aproximadamente ,1-,4 M, si el electrolito tiene cationes monovalentes, o en el intervalo de aproximadamente ,2-,1 M, preferiblemente de aproximadamente ,5-,2 M, si el electrolito tiene cationes divalentes,

en el que el derivado de celulosa anfótera es un derivado de CMC y se ha cationizado hasta un grado de sustitución de hasta 1,.

Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la condición C se aplica junto con la condición A.

Método para modificar fibras de celulosa según la reivindicación 1, en el que el derivado de CMC se ha cationizado hasta un grado de sustitución de hasta ,4.

Método para modificar fibras de celulosa según la reivindicación 3, en el que el derivado de CMC se ha cationizado hasta un grado de sustitución en el intervalo entre ,5 y ,4.

Método para modificar fibras de celulosa según la reivindicación 1, en el que el derivado de CMC se ha cationizado hasta un grado de sustitución en el intervalo entre ,4-1,.

Método para modificar fibras de celulosa según la reivindicación 1, en el que en

A) el pH se encuentra en el intervalo de aproximadamente 1,5-4; o en

C) la concentración del electrolito en la disolución acuosa se encuentra en el intervalo de aproximadamente ,5-,1 M, si el electrolito tiene cationes divalentes.

Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el derivado de celulosa anfótera es un derivado de CMC, preferiblemente con un grado de sustitución molar de entre ,3 y 1,2.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque la cationización se ha realizado mediante la introducción de al menos una función amonio, preferiblemente una función amonio secundario, terciario o cuaternario, en el derivado.

Método según la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras de celulosa se tratan durante aproximadamente 5-18 minutos.

Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura durante el tratamiento está en exceso de aproximadamente 1°C, preferiblemente al menos aproximadamente 12°C, y lo más preferido hasta aproximadamente 15°C.

Método para fabricar papel con una alta resistencia en húmedo, caracterizado porque

- se produce una suspensión acuosa de fibras de celulosa;

- se modifican las fibras de celulosa según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores; y

- se añade agente de resistencia en húmedo a la suspensión acuosa de fibras de celulosa.

Método según la reivindicación 11, caracterizado porque también se añade un agente antiadherente a la suspensión acuosa de fibras de celulosa.

Papel con una razón de resistencia en húmedo/resistencia en seco que supera ,3 que puede obtenerse mediante el método según una cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12.

Uso de fibras de celulosa modificada que pueden obtenerse mediante el método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-1 para la fabricación de fibras de rayón.