Polímeros que contienen vinilamina cuaternaria como aditivos en la fabricación de papel.

Un método para fabricar papel, comprendiendo el método comprende la etapa de adición de una cantidad eficaz de un polímero al extremo húmedo de una máquina de papel,

comprendiendo el polímero unidades repetitivas de monómero distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (I) y (II):**Fórmula**

en donde

X- es un anión;

R1 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 12 átomos de carbono, sustituido opcionalmente con hidroxilo;

R2 y R3, iguales o diferentes, son H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono;

R4 es H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono;

n1 y n2 pueden ser independientemente 0 por ciento en moles; y

en donde la suma de n1 y n2 se encuentra en el intervalo de 0,1 por ciento en moles a 20 por ciento en moles.

Polímeros que contienen vinilamina cuaternaria como aditivos en la fabricación de papel Campo de la invención

Esta invención se refiere a polímeros que contienen vinilamina y procedimientos para su preparación, en donde los grupos amina están sustituidos con grupos funcionales catiónicos

Antecedentes de la invención

Se pueden utilizar polivinilformamidas tanto parcial como totalmente hidrolizadas (es decir, polivinilaminas) como aditivos de resistencia en seco, aditivos de resistencia en húmedo, coadyuvantes de retención y coadyuvantes de drenaje en la fabricación de papel. La polivinilamina tiene una estructura de cadena principal lineal y un grupo amino primario por cada dos unidades de carbono, que la hacen altamente catiónica en un sistema acuoso debido a la alta densidad de la funcionalidad amina primaria. Estos polímeros poseen una fuerte capacidad de enlace de hidrógeno como resultado de esta alta densidad de grupos amina primaria. La Patente de los Estados Unidos Núm. 2.721.14 describe el uso de polivinilamina como un aditivo para fabricar papel que tiene una alta resistencia en húmedo, mientras la Patente de los Estados Unidos Núm. 5.961.782 describe el uso de polivinilamina para fabricar formulaciones de adhesivo de crepado entrecruzable. La Patente de los Estados Unidos Núm. 4.421.62 describe un polímero parcialmente hidrolizado, soluble en agua de /V-vinilformamida que contiene unidades de vinilamina y unidades de N-vinilformamida. También describe el uso de polivinilamina y una polivinilformamida hidrolizada al 5% para aumentar la eficacia de floculación, la retención de finos, y la velocidad de drenaje de la fibra de pasta en los procedimientos de fabricación de papel, mientras la Patente de los Estados Unidos Núm. 6.159.34 describe el uso de polímeros como aditivos de resistencia en seco y en húmedo en la producción de papel y del cartón. Las Patentes de los Estados Unidos Núms. 6.616.87 y 6.797.785 describen el uso de polivinilaminas como coadyuvantes de drenaje, floculantes, y coadyuvantes de retención en la fabricación de papel.

Las polivinilaminas se elaboran típicamente mediante polimerización por radicales libres en solución de monómeros de N-vinilformamida, seguido de hidrólisis catalizada por álcali o ácido, por medio de lo cual la amina primarla en la cadena principal del polímero se desprotege, liberando ácido fórmico. La Patente de los Estados Unidos Núm. 4.774.285 describe que el monómero de N-vinilformamida se puede copolimerizar con un monómero adicional de vinilo, p. ej., acetato de vinilo, y posteriormente hldrollzar para producir un copolímero soluble en agua de vinilamina y alcohol vinílico, que se puede utilizar como aditivo de resistencia en húmedo y en seco para la fabricación de papel. La Patente de los Estados Unidos Núm. 5.63.97 describe composiciones de copolímeros que contienen unidades tanto de vinilamina como de ácido acríllco, así como sus aplicaciones. La Patente de los Estados Unidos Núm. 6.797.785 describe copolímeros que contienen unidades de vinilamina combinadas con unidades de dialildimetilamonio (cloruro) (DADMAC) o de acrllamlda a través de polimerización en emulsión inversa, y su uso como floculantes y coagulantes en la fabricación de papel. El documento EP 251182 describe copolímeros que contienen unidades de vinilamina y acrilonitrilo para su uso en la fabricación de papel como coadyuvantes de drenaje, coadyuvantes de retención, así como aditivos de acabado en húmedo para aumentar la resistencia en seco de productos de papel. En general, estos copolímeros contienen unidades de vinilamina y unidades de vinilo adicionales conectadas entre sí de forma aleatoria a través de enlaces carbono-carbono de forma lineal, donde las unidades de vinilo adicionales reducen la densidad de unidades de vinilamina en la cadena principal del polímero, confiriéndole de este modo una densidad de carga catiónica Inferior en comparación con el homopolímero de polivinilamina.

La funcionalidad amina de la polivinilamina puede reaccionar con una variedad de compuestos que tienen grupos funcionales reactivos. La modificación química post-pollmerlzaclón de la polivinilamina con grupos funcionales es un enfoque alternativo para producir derivados de polivinilamina con propiedades físicas y de aplicación alteradas. La Patente de los Estados Unidos Núm. 5.994.449 describe una composición de resina que es el producto de reacción de eplhalohldrlna con una mezcla de un copolímero de poll(vln¡lam¡na-co-alcohol vinílico) y una pollamlnoamlda, así como el uso de estas composiciones como adhesivos de crepado. La Patente de los Estados Unidos Núm. 5.269.942 describe el uso de polivinilaminas cuaternizadas para la clarificación en el bucle de destlntado, y la Patente de los Estados Unidos Núm. 5.292.441 describe su uso como floculantes para la clarificación de aguas residuales. Las polivinilaminas cuaternizadas en estos dos casos se obtienen a partir de la reacción de polivinilamina con un agente de cuaternlzación, tal como cloruro de metilo, sulfato de dimetilo, o cloruro de bencllo. La Solicitud de Patente de los Estados Unidos Núm. 28/9596 A1 describe polímeros que contienen polivinilamina que son modificados por compuestos de alquilcarbonilo a, (3-insaturados, Incluyendo amidas, ésteres y ácidos. Los polímeros modificados con acrllamlda que contiene polivinilamina mostraron una eficacia particular como aditivos en el procedimiento de fabricación de papel para productos de cartón con resistencia en seco mejorada. La Patente de los Estados Unidos Núm. 6.864.33 describe un derivado de polivinilamina injertado con PEG y también describe que las aminas primarias del polímero injertado se pueden cationizar adicionalmente por medio de reacción con un epóxido que contiene el grupo amonio cuaternario. Los polímeros injertados se preparan polimerizando

vinilformamida en presencia de un PEG a través de polimerización por radicales libres y son estructuralmente diferentes del homopolímero y los copolímeros de polivinilamina. Los polímeros que contienen vinilamina modificados con butil glicidil éter se describen en la Patente de los Estados Unidos Núm. 5.324.787. Los polímeros que contienen vinilamina modificados con cloroacetato de sodio se describen en la Patente de los Estados Unidos Núm. 6.133.392. La Patente de los Estados Unidos Núm. 5.43.11 describe polímeros que contienen vinilamina cuaternizados, pero no describe su utilidad en la mejora de la resistencia en seco de un producto de papel o la mejora del drenaje de un sistema de fabricación de papel. La Solicitud de Patente Japonesa 1-111A describe polímeros que contienen vinilamina cuaternizados, pero no articula qué composiciones específicas son más útiles para la resistencia en seco del producto de papel y el drenaje del sistema de fabricación de papel. La Solicitud de Patente de los Estados Unidos Núm. 12/22122 describe polímeros que contienen vinilamina cuaternizados. En comparación con la presente invención, la Solicitud de Patente de los Estados Unidos Núm. 12/22122 presenta una porción circunscrita más específicamente de esa invención en donde un polímero que contiene polivinilamina se hace reaccionar preferiblemente con un agente de cuaternización a una razón concreta que dota al polímero que contiene vinilamina modificado resultante de una densidad de carga positiva sorprendentemente alta, y exhibe un inesperado aumento de resistencia en seco, drenaje, y propiedades de fijación cuando se utilizan en aplicaciones de fabricación de papel.

Breve descripción de la invención

Una realización de la presente invención es un polímero que contiene vinilamina modificado que comprende unidades monoméricas repetitivas distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (I) o (II):

Rt

R2

(I)

R2NR2

©I

© r3

X

(II)

dicho polímero comprende adicionalmente de manera opcional unidades monoméricas repetitivas distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (III), (IV), (V), (VI), (Vil), o (VIII):

en donde X' es cualquier anión, preferiblemente CI", Br' o T ; Ri es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 12 átomos de carbono, sustituido opcionalmente con hidroxilo, preferiblemente Ri es -CH2CH(OH)CH2- o -CH2CH2-; R2 y R3, iguales o diferentes, son H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono, preferiblemente CH3; R4 es H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que

contiene hasta 22 átomos de carbono, preferiblemente H o CH3) más preferiblemente H; R5 y Re iguales o diferentes, son H, alquilo... [Seguir leyendo]

1. Un método para fabricar papel, comprendiendo el método comprende la etapa de adición de una cantidad eficaz de un polímero al extremo húmedo de una máquina de papel, comprendiendo el polímero unidades repetitivas de monómero distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (I) y (II):

*

R2-N-R2

el

e r3

x

(II)

en donde

X" es un anión;

R1 es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 12 átomos de carbono, sustituido opcionalmente con hidroxilo;

R2 y R3, iguales o diferentes, son H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono;

R4 es H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono; ni y n2 pueden ser independientemente por ciento en moles; y en donde la suma de ni y n2 se encuentra en el intervalo de ,1 por ciento en moles a 2 por ciento en moles.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el polímero que comprende adicionalmente unidades monoméricas repetitivas distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (III), (IV), (V), (VI), (Vil) y (VIII):

(VI) (VII) (VIII)

en donde

Re y Re iguales o diferentes son H, alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono, -COOH, -COOR2, -CH2C2H, -CH2CO2R2, CH2NR2R3, -NR2R3) -CONRiR4i -OH, -OCOR2, -OR2, -N2, -CN, -N+(CH3)3, alquenilo, alquinilo, o alcanoxilo; y

mi, m2, 1713, m4, me, y me representan la fracción molar de fórmula III, IV, V, VI, Vil y VIII, respectivamente, en el polímero.

3. El método de la reivindicación 1, en donde R1 es CH2CH(OH)CH2-.

4. El método de la reivindicación 1 o 3, en donde la suma de ni y n2 se encuentra en el intervalo de 3 a 2 por ciento en moles.

5. El método de la reivindicación 1 o 3, en donde la suma de ni y n2 se encuentra en el intervalo de ,1 a 1 por ciento en moles.

6. El método de la reivindicación 1, en donde dicho polímero tiene un peso molecular en el intervalo de 2. a

8. Daltons, preferentemente en el intervalo de 75. a 6. Daltons.

7. El método de la reivindicación 1, en donde dicho polímero tiene una densidad de carga positiva de al menos 5, meq/g a pH 7,, preferiblemente de al menos 7, meq/g a pH 7,.

8. El método de la reivindicación 1, en donde Ri es -CH2CH(OH)CH2-, R2 y R3 son CH3) la suma de ni y n2 se encuentra en el intervalo de 3 a 2 por ciento en moles, el polímero tiene un peso molecular en el intervalo de

75. a 6. Daltons, y el polímero tiene una densidad de carga positiva de al menos 5, meq/g a pH 7,.

9. El método de la reivindicación 8, en donde el polímero tiene una densidad de carga positiva de al menos 7, meq/g a pH 7,.

1. El método de la reivindicación 1, en donde R1 es -CH2CH2-, R2 y R3 son -CH3, la suma de ni y n2 se encuentra en el intervalo de 3 a 2 por ciento en moles, el polímero tiene un peso molecular en el intervalo de 75. a

6. Daltons, y el polímero tiene una densidad de carga positiva de al menos 5, meq/g a pH 7,.

11. Un polímero que comprende unidades monoméricas repetitivas distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (I) y (II):

*

n2

e r3 X

(II)

comprendiendo dicho polímero adicionalmente de manera opcional unidades monoméricas repetitivas distribuidas al azar que tienen al menos una de las fórmulas (III), (IV), (V), (VI), (Vil) y (VIII):

(VI) (VII) (VIII)

en donde

X' es cualquier anión;

Ri es un grupo alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 12 átomos de carbono, sustituido opcionalmente con hidroxilo;

R2 y R3, iguales o diferentes son H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono;

R4 es H o un alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono;

Rs y Re iguales o diferentes, son H, alquilo de cadena lineal o ramificado que contiene hasta 22 átomos de carbono, -COOH, -COOR2, -CH2C2H, -CH2C2R2, -CH2NR2R3, -NR2R3) -CONRiR4i -OH, -OCOR2, -OR2, -N2, -CN, -N+(CH3)3, alquenilo, alquinilo, o alcanoxilo; y ni y n2 pueden ser independientemente por ciento en moles; y en donde la suma de m y n2 es mayor que ,1 por ciento en moles y menor de 1 por ciento en moles.

12. El polímero de la reivindicación 11, en donde dicho polímero tiene una densidad de carga positiva de al menos

7, meq/g a pH 7,.

13. El polímero de la reivindicación 11, en donde la suma de m y n2 se encuentra entre ,2 por ciento en moles y 8 por ciento en moles.

14. El polímero de la reivindicación 11, en donde R1 se selecciona entre el grupo que consiste en:

-CH2CH2CH3- y -CH2CH(OH)CH^.

15. El polímero de la reivindicación 11, en donde R1 comprende -CH2CH(OH)CH2-.