Aplicación superficial de polímeros y mezclas de polímeros para mejorar la resistencia del papel.

Una composición de revestimiento que comprende:

componente A:

una poliacrilamida casi neutra, que es un copolímero con menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad aniónica, o menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad catiónica,

componente B: un polímero catiónico, y

componente C: almidón.

Aplicación superficial de polímeros y mezclas de polímeros para mejorar la resistencia del papel Campo de la invención Esta invención se refiere a aditivos para papel, aplicados a la superficie, que aportan resistencia, y a un método para preparar estos aditivos. Concretamente, esta invención se refiere a composiciones de polímeros que comprenden una mezcla de polímero de acrilamida, casi neutro, con un polímero catiónico. Junto con el almidón aplicado a la superficie, estos aditivos proporcionan un papel con excelente resistencia al estallido, resistencia a la compresión, y otras propiedades semejantes.

Técnica básica

La economía y la necesidad medioambiental están llevando a la industria del papel al uso de fibras recicladas. Entre las ventajas de usar papel reciclado están el ahorro de costes, menos refino, fácil disponibilidad, y sostenibilidad medioambiental. Sin embargo, el aumento del número de pasadas por el proceso de reciclaje hace que las fibras recicladas sean progresivamente más cortas y más rígidas dando como resultado disminuciones en la resistencia de la pasta y también en la resistencia de la unión fibra-fibra. La resistencia es un parámetro integral para el papel de calidad embalaje. Una forma de recuperar la resistencia perdida durante el proceso de reciclaje es a través de más refino pero, en caso de fibras recicladas, el proceso de refino tiene un marco muy limitado. Otro planteamiento es la utilización de productos químicos que aportan resistencia durante el proceso de elaboración del papel. Sin embargo, la interferencia con los aditivos reciclados, la formación uniforme del papel, y la productividad son los factores principales que es necesario tener en cuenta.

Los aditivos se añaden a la suspensión de pasta antes de la formación de la hoja para mejorar la facilidad del funcionamiento de la máquina, la productividad, y las propiedades del papel. Estos incluyen aditivos que aportan resistencia en estado húmedo y en estado seco (por ejemplo, poliacrilamidas catiónicas y aniónicas, poliamidas funcionalizadas con epihalohidrina, poli (vinilaminas) , adyuvantes de la retención y del drenaje (por ejemplo, alumbre, poli (etileniminas) , agentes desespumantes, cargas que controlan las grasas y resinas extraídas de la pasta papelera y engomados. También se añaden diversos agentes de encolado, tales como la colofonia, dímero de alquil-ceteno (AKD) , o anhídrido alquil-succínico (ASA) que imparten propiedades hidrófobas.

Los aditivos comunes del extremo húmedo para potenciar la resistencia en seco de la hoja acabada son el almidón y la goma guar. Se ha documentado bien la modificación del almidón para mejorar su comportamiento. La elección y el tipo de almidón para aplicaciones que dan resistencia varían de una región a otra, y depende de su coste y disponibilidad. (Véase, "Starch Products in Paper Coating", R.L. Kearney y H.W. Maurer, Ed. 1990) .

Se ha empleado almidón de reticulación para mejorar las propiedades que potencien la resistencia. Por ejemplo, Huang et al, describen el uso de compuestos que contienen boro para reticular el almidón durante el proceso de elaboración del papel, que da como resultado propiedades mecánicas y físicas mejoradas (WO 2004/027149 A1) . La composición de almidón reticulado comprende un producto de reacción formado haciendo reaccionar una suspensión de almidón con ácido bórico o con borato de cinc durante el proceso de gelatinización.

La Patente de EE.UU. 6.303.000 concedida a Floyd et al, describe composiciones de almidón gelatinizado reticuladas con un una resina de glioxal, y el uso de la misma en la elaboración del papel. Durante el proceso de gelatinización del almidón, se hace reaccionar el almidón con glioxal bloqueado lo que da como resultado la reticulación del almidón, y esta mezcla se añade a la suspensión de pasta antes de la formación de la hoja. La limitación de estos compuestos concretos de reticulación del almidón es que se puede mejorar la resistencia a la compresión, mientras que tiende a resentirse la resistencia a la perforación.

Los aditivos que aportan resistencia, que se añaden en el extremo húmedo para mejorar la resistencia del papel, especialmente en el papel elaborado a partir de fibras recicladas, incluyen polímeros anfóteros basados en acrilamida y en la tecnología de los coacervados. Un ejemplo de los primeros está descrito en la Patente de EE.UU. 5.698.672, expedida a Oguni, que muestra la síntesis de copolímeros anfóteros basados en acrilamida que mejoran el refino de la pasta papelera, la retención, y la resistencia en estado seco del papel soporte corrugado y reciclado. Un ejemplo de la tecnología de los coacervados está descrito en la Patente de EE.UU. 6.294.645. Este sistema del extremo húmedo que aporta resistencia en seco está compuesto de poli (amidoamina) -epiclorhidrina de baja carga y una poliacrilamida aniónica, añadida secuencialmente a la suspensión de pasta.

Se ha utilizado poli (vinilamina) como un aditivo que aporta resistencia en estado seco y en estado húmedo, y un adyuvante de la retención y del drenaje en el proceso de elaboración del papel. Debido a la alta densidad de funcionalidad amina, este polímero posee una densidad de carga más alta y, finalmente, tiene un potenciado enlace de hidrógeno entre la fibra de celulosa y la cadena de polímero. Weisgerber et al, en la Patente de EE.UU.

2.721.140 describen el uso de la poli (vinilamina) preparada mediante la hidrólisis de la poli (vinil-N-ftalamida) , como aditivo que aporta resistencia en estado húmedo en la elaboración del papel. La Patente de EE.UU. 5.961.782 expedida a Luu et al, describe el uso de poli (vinilamina) para hacer formulaciones adhesivas reticulables que aportan el efecto de plisado. Niessener et al, en la Patente de EE.UU. 6.159.340, describen el uso de poli (vinilamina) como

aditivo que aporta resistencia en estado seco y en estado húmedo en la producción de papel y de cartulina. Las Patentes de EE.UU. 4.421.602, 6.616.807 y 6.797, 785, describen el uso de poli (vinilaminas) como adyuvantes del drenaje, fluoculantes, y adyuvantes de la retención en el proceso de elaboración del papel.

La interferencia con el exceso de residuos aniónicos que se presenta a través del proceso de reciclado unido a la pobre calidad de la fibra, demanda niveles de aditivos significativamente incrementados. Además del alto coste, los aditivos del extremo húmedo alcanzan un comportamiento inalterable, es decir, que más producto químico no proporciona un comportamiento superior. Los profesionales de la elaboración de papel han superado estas limitaciones aplicando aditivos después de la formación del papel. Las técnicas empleadas incluyen la prensa encoladora con una cantidad de cola medida, la prensa encoladora con un baño de cola, el rociado, el aplicador de rodillo, el aplicador de cuchilla, y el aplicador de cuchilla de aire. Los aditivos de encolado superficial o de revestimiento, comúnmente empleados, son emulsiones poliacrílicas, emulsiones de poli (estireno-co-butadieno) con diversos tamaños de partícula, poli (acetato de vinilo) y poli (alcohol vinílico) . Debido a que estos aditivos tienen buenas propiedades de formación de películas, se usan habitualmente para impartir una cierta cantidad de resistencia a diversos líquidos. Un ejemplo de este planteamiento se proporciona en la Patente Europea 1.824.937.

El aditivo más comúnmente aplicado a la superficie es el almidón. El uso excesivo de almidón puede tener impactos negativos sobre otras propiedades del papel, como el agrietamiento en pliegues, y también la productividad, por ejemplo, realizando un secado con mayor energía. Ya que la aplicación de almidón mediante una prensa encoladora es una operación realizada en la máquina, cualquier problema que interfiera con la operación de la prensa encoladora tiene la posibilidad de interferir con la operación de la toda máquina de papel.

La cantidad de almidón que se puede aplicar durante el tratamiento de una hoja de papel con la prensa encoladora (es decir, la recogida de la hoja en estado húmedo) es dependiente de las condiciones de la prensa encoladora, de la viscosidad de la solución de almidón y de la penetración de la solución de almidón en la hoja de papel (documento US 4.191.610 expedido a Prior) . La modificación del almidón de la prensa encoladora normalmente introduce funcionalidad a la molécula de almidón, y puede disminuir su viscosidad. La máxima cantidad de almidón modificado que se puede aplicar de forma práctica y económica durante el tratamiento con la prensa encoladora es de aproximadamente 10 g/m2, y para el almidón de alta viscosidad, o nativo, o no modificado, el máximo es de 5 g/m2.... [Seguir leyendo]

1. Una composición de revestimiento que comprende:

componente A: una poliacrilamida casi neutra, que es un copolímero con menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad aniónica, o menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad catiónica, componente B: un polímero catiónico, y componente C: almidón.

2. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente B se prepara a partir de un monómero de vinilo o de alilo que lleva la funcionalidad amina.

3. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que la relación de componente A respecto a componente B es de 99:1 a 80:20.

4. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que la relación de componente A más componente B respecto al almidón es de 1:105 a 1:1.

5. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente A se prepara a partir de monómeros en los que al menos un monómero se selecciona del grupo consistente en acrilamida, metacrilamida, Nmetil- (met) acrilamida, N-etil- (met) acrilamida, N, N-dimetil- (met) acrilamida, y N-isopropil- (met) acrilamida.

6. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente A se prepara a partir de monómeros en los que al menos un monómero se selecciona del grupo consistente en ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico, ácido 4-estirenosulfónico, y ácido 4-vinilbenzoico, y sus sales.

7. La composición de revestimiento de la reivindicación 1 en la que el componente B se prepara a partir de monómeros en los que al menos un monómero se selecciona del grupo consistente de (met) acrilato de dimetilaminoetilo, (met) acrilato de dietilaminoetilo, (met) acrilato de dimetilaminopropilo, (met) acrilato de dietilaminopropilo, cloruro de [2- (metacriloiloxi) etil]trimetilamonio, cloruro de [3- (metacriloiloxiamino) propil]trimetilamonio, cloruro de [2- (acriloiloxi) etil]trimetilamonio, cloruro de [3- (acriloiloxiamino) propil]trimetilamonio, N, Ndimetilaminopropil- (met) acrilamida, dialquildialilamina, dialilamina, dialquilalilamina, y alilamina.

8. La composición de revestimiento de la reivindicación 7, en la que el componente B se prepara, además, a partir de al menos un monómero seleccionado del grupo consistente en acrilamida, (met) acrilamida, N-metil (met) acrilamida, N-etil- (met) acrilamida, y N-isopropil- (met) acrilamida.

9. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente B comprende el producto hidrolizado de un polímero preparado a partir de al menos un monómero del grupo consistente en N-vinil-formamida, N-vinil-acetamida, y vinil-N-ftalimida.

10. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente B comprende un polímero que contiene vinilamina.

11. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente A está reticulado con un monómero seleccionado del grupo consistente en di (met) acrilato de etilenglicol, di (met) acrilato de dietilenglicol, metileno-bis-acrilamida, metileno-bis- (met) acrilamida, etileno-bis- (met) acrilamida, y hexametileno-bis (met) acrilamida.

12. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente B está reticulado con un monómero seleccionado del grupo consistente en di (met) acrilato de etilenglicol, di (met) acrilato de dietilenglicol, metileno-bis-acrilamida, metileno-bis- (met) acrilamida, etileno-bis- (met) acrilamida, y hexametileno-bis (met) acrilamida.

13. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el peso molecular del componente A es de

30.000 a aproximadamente 300.000 Daltons.

14. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el peso molecular del componente B es de 50.000 a aproximadamente 600.000 Daltons.

15. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que el componente C, almidón, se selecciona del grupo consistente en almidón de maíz modificado o no modificado, almidón de arroz, almidón de patata, almidón de trigo, y almidón de tapioca.

16. La composición de revestimiento de la reivindicación 1, en la que la viscosidad de la composición es inferior a 1000 mPa·s (centipoise) a una temperatura de 60ºC.

17. Una composición de revestimiento de papel que comprende:

componente A: una poliacrilamida casi neutra, que es un copolímero con menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad aniónica, o menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad catiónica, componente B: un polímero catiónico, y componente C: almidón, y en la que el componente A es aniónico, en la que la relación del componente A respecto al componente B es de 99:1 a 80:20, en la que la relación de componente A más componente B respecto al almidón es de 1:105 a 1:1, en la que el componente B se prepara a partir de un monómero de vinilo o de alilo que lleva funcionalidad amina, en la que el peso molecular del componente A es de 30.000 a aproximadamente 300.000 Daltons, en la que el peso molecular del componente B es de 50.000 a aproximadamente 600.000 Daltons, y en la que la viscosidad de la composición es inferior a 1000 mPa·s (centipoise) a una temperatura de 60ºC.

18. Un procedimiento para elaborar papel con resistencia en estado seco mejorada, procedimiento que comprende aplicar al papel ya formado una composición, que comprende: 15 Componente A: una poliacrilamida neutra, que es un copolímero con menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad aniónica, o menos del 5 por ciento en moles de funcionalidad catiónica, Componente B: un polímero catiónico, y Componente C: almidón.

19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que el componente B se prepara a partir de un monómero de vinilo o de alilo que lleva funcionalidad amina, en la que el peso molecular del componente A es de 30.000 a aproximadamente 300.000 Daltons, en la que el peso molecular del componente B es de 50.000 a aproximadamente 600.000 Daltons, y en la que la viscosidad de la composición es inferior a 1000 mPa·s (centipoise) a una temperatura de 60ºC.

20. El procedimiento de la reivindicación 19, en el que el componente B comprende un polímero que contiene 25 vinilamina, y en el que el componente A es aniónico.