Coadyuvantes de retención y drenaje.

Una composición de fibra celulósica que comprende:

fibra de celulosa y un polímero compatible con agua aniónico que comprende

i) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero etilénicamente insaturado (A) sustituido con al menos un grupo arilo y al menos un radical -S(≥

O)2OR1 o -OS(≥O)2(O)pR1, en donde p es 0 o 1, R1 es, independientemente en cada aparición, H, alquilo, arilo, o un catión,

ii) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero aniónico o no iónico etilénicamente insaturado (B),

en donde

el polímero tiene un peso molecular medio ponderal de más de 5 millones; y

el término "arilo" significa un radical aromático carbocíclico de hasta 20 átomos de carbono, que puede ser un solo anillo monocíclico o anillos policíclicos múltiples, hasta tres anillos fusionados juntos o conectados covalentemente, en donde cualquier posición en el anillo adecuada del radical arilo puede estar conectada covalentemente a la estructura química definida; y

se contempla que cada alquilo y arilo está opcionalmente sustituido.

Coadyuvantes de retención y drenaje Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

[1] Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de los Estados Unidos Núm. 6/636.448, presentada el 14 de Diciembre de 24.

Campo de la invención

[2] La presente invención se refiere en general a composiciones de fibras celulósicas, y en particular a coadyuvantes de retención y drenaje poliméricos.

Antecedentes de la invención

[3] La elaboración de láminas de fibras celulósicas, particularmente papel y cartón, incluye producir una suspensión acuosa de fibra celulósica, depositar esta suspensión sobre un alambre o tela de fabricación de papel en movimiento, y formar una lámina a partir de los componentes sólidos de la suspensión mediante el drenaje del agua. La suspensión también puede contener expansores minerales inorgánicos o pigmentos. Del mismo modo, a menudo se añaden productos químicos orgánicos e inorgánicos a la suspensión antes de la etapa de formación de la lámina para hacer el método de fabricación de papel menos costoso, más rápido, y/o para lograr propiedades específicas en el producto de papel final. Después del drenaje, la lámina se presiona y se seca para eliminar adicionalmente agua.

[4] La industria del papel se esfuerza continuamente por mejorar la calidad del papel, aumentar la productividad y reducir los costes de fabricación. Los productos químicos se añaden a menudo a la suspensión fibrosa antes de que alcance el alambre o tela de fabricación de papel, para mejorar el método de drenaje/deshidratación y la retención sólidos. Estos productos químicos se denominan coadyuvantes de retención y/o drenaje. El drenaje o la deshidratación de la suspensión fibrosa sobre el alambre o la tela de fabricación de papel es a menudo la etapa limitante en la consecución de velocidades del método más rápidas. La mejora de la deshidratación también puede dar como resultado en una lámina más seca en la prensa y secciones más secas, por lo que requiere menos energía. Además, esta etapa en el método de fabricación de papel determina muchas propiedades finales de la lámina.

[5] En cuanto a la retención de sólidos, se utilizan coadyuvantes de retención para la fabricación de papel para aumentar la retención de sólidos finos constituyentes en la red durante el método turbulento de drenaje y formación de la banda de papel. Sin una adecuada retención de los sólidos finos, estos o bien se pierden con el efluente del método o bien se acumulan a niveles altos en el bucle de recirculación de agua blanca, que puede causar la acumulación de depósitos. Además, la retención insuficiente aumenta el coste de los fabricantes de papel debido a la pérdida de aditivos destinados a ser adsorbidos sobre la fibra para proporcionar las respectivas opacidad, fuerza, o propiedad de encolado del papel.

[6] EI documento US 5.185.62 describe un procedimiento de fabricación de papel que incluye las etapas de añadir a la suspensión celulósica de fabricación de papel en primer lugar un polímero catiónico de alto peso molecular y a continuación un polímero aniónico de peso molecular medio, para mejorar el drenaje y la retención. El polímero aniónico incluye sulfonato ionizable.

[7JEI documento US 3.79.514 se refiere a coacervados de polisales insolubles en agua normalmente líquidos, en donde uno de los polímeros componentes es solo débilmente iónico, que son solubles en agua cuando contienen una cantidad suficiente de un supresor de ionización.

[8]EI documento US 24/26467 describe un procedimiento para encolar papel que comprende añadir a una suspensión acuosa que contiene fibras celulósicas, y cargas opcionales, una dispersión de encolado que comprende un polímero que tiene un grupo aromático, y un promotor del encolado que comprende un polímero que tiene un grupo aromático, en donde la dispersión de encolado y el promotor de encolado se añaden por separado a la suspensión acuosa.

[9JEI documento US 3.92.958 se refiere a la mejora del papel y de los productos de papel que se producen mediante la adición a una suspensión acuosa de fibras de pasta de papel de ,1 a 1% en peso, basándose en el peso seco de la pasta, de una dispersión líquida de un polímero de adición de vinilo aniónico soluble en agua y un polímero catiónico soluble en agua.

[1]Es deseable desarrollar nuevos coadyuvantes de retención y drenaje. La presente invención se refiere a

estos, así como a otros fines importantes.

Breve compendio de la invención

[11] En una realización, la presente invención incluye polímeros compatible con el agua (solubles en agua o dispersables en agua) aniónicos que comprenden i) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero etilénicamente insaturado (A) sustituido con al menos un grupo arilo y al menos un radical -S(=)2Ri o -S(=)2()pRi, en donde p es o 1, Ri es, independientemente en cada aparición, H, alquilo, arilo, o un catión, ii) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero aniónico o no iónico etilénicamente insaturado (B), en donde el polímero tiene un peso molecular medio ponderal de más de 5 millones. Tales polímeros son aniónicos.

[12] Tales polímeros compatibles con el agua aniónicos proporcionan notable actividad de retención y de drenaje en composiciones de fibras celulósicas.

[13] En otra realización, la presente invención incluye tales polímeros compatibles con agua aniónicos y fibra de celulosa.

Descripción detallada de la invención

[14] En una realización, la presente invención incluye un polímero compatible con agua aniónico, que comprende i) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero etilénicamente insaturado (A) sustituido con al menos un grupo arilo y al menos un radical -S(=)2Ri o -S(=)2()pRi, en donde p es o 1, Ri es, independientemente en cada aparición, H, alquilo, arilo, o un catión, ii) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero aniónico o no iónico etilénicamente insaturado (B), en donde el polímero tiene un peso molecular medio ponderal de más de 5 millones. El polímero compatible con el agua es aniónico. Los ejemplos de los cationes aceptables incluyen Na+, K\ Li+, NH4+, o alquil-NH3+, pero preferiblemente el catión es sodio o amonio.

[15] Se entiende que el requisito de que A está sustituido con al menos un grupo arilo y al menos un radical - S(=)2Ri o -S(=)2()pRi no pretende significar que el radical etileno debe ser sustituido directamente tanto con el radical arilo y -S(=)2Ri o -S(=)2()pRi (véase, p. ej., la Fórmula IA a continuación). Tal disposición es una parte de la presente invención, sin embargo también se pretende que A incluya realizaciones en las que el arilo está anclado al radical etileno, y el radical -S(=)2Ri o -S(=)2()pRi está anclado al arilo (véase, p. ej., la Fórmula I a continuación). Del mismo modo, el requisito de la presencia de un grupo arilo puede ser satisfecha por realizaciones en las que Ri es arilo (véase, p. ej., la Fórmula 1B a continuación).

[16] Los ejemplos de monómero A incluyen, pero no se limitan a, los ácidos libres o sales de: ácido estirenosulfónico, ácido viniltoluenosulfónico, ácido a-metilestirenosulfónico, ácido anetolsulfónico, ácido vinilfenilsulfúrico, 4-sulfonato N-bencilacrilamida, 4-sulfonato-N-fenilacrilamida, ácido vinilpirenosulfónico, ácido vinilantracenosulfónico, o sulfonato de vinilpiridiniopropano, y mezclas de los mismos.

[17] En una realización preferida, el monómero A es un ácido libre o de sal de los compuestos anteriores. En una realización adicional, Atiene la Fórmula I:

en donde:

Ri es un catión tal como Na+, K+, Li+, NH4+ o RsNH3+; y

R3, R4 y Rs son, independientemente, H o alquilo. En la fórmula I, los grupos -SO^ pueden estar en la posición orto, meta o para.

[18] En algunas realizaciones, el monómero A comprende una sal de ácido estirenosulfónico. Preferiblemente, la sal es la sal de sodio o de amonio

[19] Alternativamente, una realización adicional, Atiene la Fórmula IA o IB:

en donde:

Ri es un catión tal como Na+, K\ Li+, NH4+ o R5NH3+; y R3 y R4, son, independientemente, H o alquilo, y Ares arilo.

[2]En algunas realizaciones preferidas, Ri es Na+. En otra realización, la presente invención abarca copolímeros incluyendo segmentos poliméricos de monómeros A diferentes, como se describe en la presente memoria.

[21]La presente invención abarca copolímeros incluyendo segmentos poliméricos de monómero Ay un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero aniónico o no iónico... [Seguir leyendo]

1. Una composición de fibra celulósica que comprende:

fibra de celulosa y un polímero compatible con agua aniónico que comprende

i) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero etilénicamente insaturado (A) sustituido con al menos un grupo arilo y al menos un radical -S(=)2Ri o -S(=)2()pRi, en donde p es o 1, Ri es, independientemente en cada aparición, H, alquilo, arilo, o un catión,

¡i) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero aniónico o no iónico etilénicamente insaturado (B), en donde

el polímero tiene un peso molecular medio ponderal de más de 5 millones; y

el término "arilo" significa un radical aromático carbocíclico de hasta 2 átomos de carbono, que puede ser un solo anillo monocíclico o anillos policíclicos múltiples, hasta tres anillos fusionados juntos o conectados covalentemente, en donde cualquier posición en el anillo adecuada del radical arilo puede estar conectada covalentemente a la estructura química definida; y se contempla que cada alquilo y arilo está opcionalmente sustituido.

2. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde el monómero A se selecciona del grupo que consiste en el ácido libre o la sal de: ácido estirenosulfónico, ácido viniltoluenosulfónico, ácido a- metilestirenosulfónico, ácido anetolsulfónico, ácido vinilfenilsulfúrico, 4-sulfonato-N-bencilacrilamida, 4-sulfonato-N- fenilacrilamida, ácido vinilpirenosulfónico, ácido vinilantracenosulfónico, o sulfonato de vinilpiridiniopropano, y mezclas de los mismos.

3. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde el monómero A comprende un ácido libre o una sal de ácido estirenosulfónico.

4. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde el monómero A tiene la Fórmula I:

r3

en donde:

Ri es Na+, K+, Li+, NH4+ R5NH3+; y

R3, R4y Rs son, independientemente, H o alquilo, y

El grupo -S3Ri está en la posición orto, meta o para;

5. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde el monómero A tiene la fórmula IA o IB:

en donde: Ri es un catión

R3, R4y R5 son, independientemente, H o alquilo; y

Ar es arilo; y

en donde

el término "arilo" significa un radical aromático carbocíclico de hasta 2 átomos de carbono, que puede ser un solo anillo (monocíclico) o múltiples anillos (policíclico, hasta tres anillos) fusionados entre sí o

conectados covalentemente, en donde cualquier posición en el anillo adecuada del radical arilo puede estar conectada covalentemente a la estructura química definida;

6. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde el monómero B se selecciona del grupo que consiste en, acrilamida, metacrilamida, A/-alquilacrilamida, A/-metilacrilamida, A/,A/-dialquiloacrilamida, N,N- dimetilacrilamida, acrilonitrilo, A/-vinilmetilacetamida, A/-v¡nilformamida, A/-vinilmetilformamida, A/-vinilpirrolidona, estireno, butadieno, acetato de vinilo, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de alquilo, metacrilato de alquilo, alquilacrilamida, alquilmetacrilamida, acrilato alcoxilado, metacrilato, acrilato de alquilpolietilenglicol, metacrilato de alquilpolietilenglicol, el ácido libre o de sal de: ácido (met)acrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido acrilamidoglicólico, y mezclas de los mismos.

7. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde el monómero B es acrilamida.

8. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde el monómero B es una sal de ácido acrílico.

9. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 7, en donde el monómero A comprende una sal de sodio o amonio de ácido estirenosulfónico.

1. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 8, en donde el monómero A comprende una sal de sodio o amonio de ácido estirenosulfónico.

11. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde la fibra de celulosa comprende una suspensión de pasta.

12. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, en donde la fibra de celulosa comprende papel o

cartón.

13. La composición de fibra celulósica de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente al menos uno de expansores minerales inorgánicos, pigmentos, agentes de encolado, almidones, agentes de control de depósito, cargas, agentes opacificantes, abrillantadores ópticos, agentes de resistencia, coagulantes orgánicos o inorgánicos, y floculantes convencionales.

14. Un método para preparar una composición de fibra celulósica, que comprende:

añadir a una suspensión de fibra celulósica acuosa un polímero compatible con agua aniónico que comprende

i) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero etilénicamente insaturado (A) sustituido con al menos un grupo arilo y al menos un radical -S(=)2Ri o -S(=)2()pRi, en donde p es o 1, Ri es, independientemente en cada aparición, H, alquilo, arilo, o un catión,

ii) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero aniónico o no iónico etilénicamente insaturado (B),

y el polímero tiene un peso molecular medio ponderal de más de 5 millones; y en donde

el término "arilo" significa un radical aromático carbocíclico de hasta 2 átomos de carbono, que puede ser un solo anillo monocíclico o anillos policíclicos múltiples, hasta tres anillos fusionados entre sí o conectados covalentemente, en donde cualquier posición en el anillo adecuada del radical arilo puede estar conectada covalentemente a la estructura química definida; y se contempla que cada alquilo y arilo está opcionalmente sustituido.

15. Un método para mejorar el drenaje y la retención de sólidos en una composición de fibra celulósica, que comprende:

añadir a la composición de fibra celulósica un polímero compatible con agua aniónico que comprende:

i) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero etilénicamente insaturado (A) sustituido con al menos un grupo arilo y al menos un radical -S(=Oj2ORi o -S(=)2()pRi, en donde p es o 1, Ri es, independientemente en cada aparición, H, alquilo, arilo, o un catión,

ii) un segmento polimérico formado a partir de al menos un monómero aniónico o no iónico etilénicamente insaturado (B),

y el polímero tiene un peso molecular medio ponderal de más de 5 millones; y en donde

el término "arilo" significa un radical aromático carbocíclico de hasta 2 átomos de carbono, que puede ser un solo anillo monocíclico o anillos policíclicos múltiples, hasta tres anillos fusionados entre sí o conectados covalentemente, en donde cualquier posición en el anillo adecuada del radical arilo puede estar conectada covalentemente a la estructura química definida; y se contempla que cada alquilo y arilo está opcionalmente sustituido.