Procedimiento de fabricación de papel y de cartón, que presenta propiedades mejoradas de retención y de escurrido.

Proceso de fabricación de una hoja de papel y/o de cartón según el que,

antes de la formación de dicha hoja y/o de cartón, se añaden a la suspensión de fibras, por uno o varios puntos de inyección, por lo menos dos agentes de retención, a saber:

- un agente principal de retención que corresponde a un (co)polímero de una densidad de carga catiónica superior a 2 meq./g, obtenido por una reacción de degradación de Hofmann, en solución acuosa, en presencia de un hidróxido alcalinotérreo y/o alcalino y de un hipohalogenuro alcalinotérreo y/o alcalino, con un (co)polímero base compuesto por lo menos por un monómero no iónico elegido entre el grupo formado por la acrilamida (y/o la metacrilamida), la N,N-dimetilacrilamida,

- un agente secundario de retención que corresponde a un polímero soluble en agua o hinchable en agua, de una densidad de carga aniónica superior a 0,1 meq./g,

caracterizado porque:

- el agente principal de retención se introduce en la suspensión de fibras en una cantidad comprendida entre 100 y 800 g/t de pasta seca,

- el agente secundario de retención se introduce en la suspensión de fibras en una cantidad comprendida entre 50 y 800 g/t de pasta seca y presenta una viscosidad intrínseca IV superior a 3 dl/g.

Procedimiento de fabricación de papel y de cartón, que presenta propiedades mejoradas de retención y de escurrido

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de papel y de cartón, que presenta propiedades 5 mejoradas de retención y de escurrido. De manera más precisa, la invención tiene por objeto un proceso de fabricación en el que intervienen por lo menos dos agentes de retención y de escurrido, a saber, un agente principal y un agente secundario. Tiene también por objeto los papeles y los cartones obtenidos por este proceso.

La puesta en práctica de sistemas de retención ya es conocida en los procesos de fabricación de papel. Su función 10 consiste en mejorar la retención (es decir, la cantidad de cargas en el papel) y el escurrido (es decir, la velocidad de drenado del agua) durante la fabricación de la hoja.

En la patente EP 1 328 161 se describe un sistema para mejorar la retención y el escurrido durante la fabricación del papel o del cartón empleando tres agentes de retención. El primero es un floculante catiónico de viscosidad 15 intrínseca IV superior a 4 dl/g, el segundo es una materia silícea y el tercero es un polímero aniónico soluble en agua de IV superior o igual a 4 dl/g.

Todos los sistemas de retención y de escurrido conocidos de la técnica anterior se caracterizan porque, como agente principal de retención, tienen polímeros solubles en agua de peso molecular elevado, superior a 1 millón de 20 g/mol, en general superior a 3 millones, llamados floculantes. Por lo general son catiónicos y tienen la particularidad, gracias a su peso molecular elevado, de presentarse en forma de emulsión (inversa) , de microemulsión, de polvo o de dispersión.

La degradación de Hofmann de un (co) polímero base es una reacción ya conocida que permite convertir una amida 25 en una amina primaria que posee un átomo de carbono menos.

Los productos de la degradación de Hofmann son ya conocidos por su utilización como agentes de resistencia en seco. En la práctica, el peso molecular del producto de la degradación es aprox. inferior a 1 millón de g/mol, es decir, muy inferior al peso molecular de los polímeros catiónicos empleados como agentes de escurrido y de retención 30 (superior a 2 millones de g/mol) . Como agentes de resistencia para los procesos de fabricación de papel están asociados a resinas aniónicas de peso molecular bajo.

Se trata en general de polímeros de peso molecular elevado (por lo menos 1 millón de g/mol) , de carácter catiónico débil. Estos polímeros se introducen en general en una cantidad de 50 a 800 g/t de polímero seco, cantidad referida 35 al papel seco.

Los puntos de introducción de estos agentes en el proceso papelero se sitúan por lo general en el circuito corto, es decir, después de la bomba de mezclado (fan pump) , a saber en pasta diluida (thin stock) , cuya concentración por lo general es inferior al 1 % en peso de materia seca, concentración comprendida con mayor frecuencia entre el 0, 1 y 40 el 0, 7 %.

A diferencia de las propiedades de retención y de drenaje, la resistencia en seco representa la capacidad de la hoja de resistir los esfuerzos y las degradaciones mecánicos, como son la perforación, el desgarro, la tracción, la delaminación y diferentes formas de compresión. Se trata de propiedades finales de la hoja. 45

Las resistencia de la resistencia en seco son por lo general polímeros de peso molecular medio (entre 10.000 y 1.000.000 g/mol) y las dosificaciones usuales que se aplican se sitúan aprox. entre 1, 5 y 2 kg/t (polímero seco referido a papel seco) , es decir, de 5 a 10 veces más elevadas que las dosis aplicadas a la retención y al escurrido, a pesar de que en la solicitud WO 2009/013423 se publica una horquilla grande, comprendida entre 100 y 20.000 g/t. 50

Por lo demás, los puntos de introducción de estas resinas de resistencia en seco, a saber, en el caso de un polímero catiónico, se sitúan en general en la pasta espesa, también llamada "thick stock", cuya concentración de materia seca es por lo general superior al 1 % y con mayor frecuencia superior al 2 %, por lo tanto antes de la bomba de mezcla (fan pump) y por consiguiente antes de la dilución con las aguas blancas. 55

La empresa solicitante precisa además que los ejemplos de la solicitud WO 2009/13423 mencionan concentraciones de pasta del orden del 0, 3 al 0, 5 %, lo cual corresponde a valores requeridos para efectuar los ensayos normalizados de laboratorio, pero que no se ajustan a las concentraciones de pasta de los procesos industriales, en los que se emplean agentes de resistencia en seco y que por lo general tienen concentraciones de materia seca 60 superiores al 2 %.

Los polímeros que aportan resistencia en seco se fijan sobre las fibras mediante un enlace de hidrógeno y/o iónico para, una vez se haya secado la hoja, mejorar la resistencia mecánica del papel.

Es, pues, obvio que por un lado se recomiendan buenas propiedades de retención y de escurrido para optimizar la fabricación del papel y, por tanto, la productividad de la máquina de papel y por otro lado, de manera totalmente diferente, las buenas propiedades de resistencia en seco tendrán el efecto de mejorar las propiedades mecánicas (es decir, la calidad) de la hoja.

En la descripción y en las reivindicaciones que siguen, todas las dosificaciones de polímero expresadas en g/t se indican en peso de polímero activo por tonelada de pasta seca.

La resistencia del papel en seco es por definición la resistencia de la hoja secada normalmente. Los valores de resistencia al reventamiento (estallido) y a la tracción dan tradicionalmente una indicación de la resistencia del papel 10 en seco.

Un efecto secundario de la aplicación de estos sistemas de resistencia en seco, en dosificaciones importantes, va acompañado de manera accesoria de una mejora de la retención, pero con costes prohibitivos, que no justifican en modo alguno su utilización para este único fin. 15

De lo que precede se desprende que, en la fecha del depósito de la presente solicitud, ya se conocía que para mejorar la resistencia en seco dentro de un proceso de fabricación de papel o de cartón se puede asociar un producto de degradación de Hofmann, catiónico, de bajo peso molecular, a una resina aniónica, también de bajo peso molecular, los dos agentes se introducen durante el proceso en dosis del orden de 1, 5 a 2 kg/t. 20

A pesar de los progresos realizados en estos últimos años, la industria papelera sigue tropezando con los siguientes problemas en los sistemas de retención y de escurrido:

- dificultad y coste de puesta en práctica de floculantes catiónicos como agente principal de retención. Su alto peso 25 molecular obliga a utilizarlos en formas que requieren unidades de preparación (inversión de las emulsiones, disolución de los polvos) , que son costosas en mano de obra, en equipo y en mantenimiento. Los pasos necesarios de filtración son también la causa de numerosos paros de la línea y de costes suplementarios;

- un problema de filtración de las partículas insolubles, incluso un taponamiento de los filtros, puede ocasionar defectos importantes en la máquina de papel: roturas, defectos del papel, por ejemplo claros, agujeros, etc.; 30

- el impacto negativo en la formación de la hoja, cuando se emplean polímeros de peso molecular demasiado alto o grandes dosis de polímeros de peso molecular alto;

- el empleo de floculantes de peso molecular elevado, requerido por las velocidades de las máquinas cada vez más elevadas, que se traducen en cizallamiento, así como la cantidad cada vez más elevada de cargas en la hoja.

La empresa solicitante ha constatado de manera absolutamente sorprendente que la puesta en práctica de un sistema similar al descrito en los documentos citados previamente, en el que:

- se reemplaza la resina aniónica de bajo peso molecular por un polímero aniónico de peso molecular elevado, - se cambia la dosificación de cada uno de los dos polímeros de 1500 a 2000 g/t para dejarla entre 100 y 800 g/t en 40 el caso del polímero catiónico y entre 50 y 800 g/t en el caso del polímero aniónico,

permite mejorar la retención y el escurrido en un proceso de fabricación de papel o de cartón.

La invención presenta, pues, la ventaja de emplear un polímero catiónico de bajo peso molecular sin requerir pasos 45 de cizallamiento difícilmente controlable y sin equipo pesado de ejecución (simple dilución en línea o tangencial en lugar de una unidad compleja de preparación) para mejorar la retención y el escurrido.

En otros términos, la invención tiene por objeto un proceso de fabricación... [Seguir leyendo]

1. Proceso de fabricación de una hoja de papel y/o de cartón según el que, antes de la formación de dicha hoja y/o de cartón, se añaden a la suspensión de fibras, por uno o varios puntos de inyección, por lo menos dos agentes de retención, a saber:

- un agente principal de retención que corresponde a un (co) polímero de una densidad de carga catiónica superior a 2 meq./g, obtenido por una reacción de degradación de Hofmann, en solución acuosa, en presencia de un hidróxido alcalinotérreo y/o alcalino y de un hipohalogenuro alcalinotérreo y/o alcalino, con un (co) polímero base compuesto por lo menos por un monómero no iónico elegido entre el grupo formado por la acrilamida (y/o la metacrilamida) , la N, N-dimetilacrilamida, 10

- un agente secundario de retención que corresponde a un polímero soluble en agua o hinchable en agua, de una densidad de carga aniónica superior a 0, 1 meq./g,

caracterizado porque:

- el agente principal de retención se introduce en la suspensión de fibras en una cantidad comprendida entre 100 y 800 g/t de pasta seca,

- el agente secundario de retención se introduce en la suspensión de fibras en una cantidad comprendida entre 50 y 800 g/t de pasta seca y presenta una viscosidad intrínseca IV superior a 3 dl/g.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente principal de retención se introduce en la suspensión de fibras en una cantidad comprendida entre 200 y 500 g/t de pasta seca.

3. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente secundario de retención se introduce en la suspensión de fibras en una cantidad comprendida entre 80 y 500 g/t, con preferencia entre 100 y 350 g/t de pasta 25 seca.

4. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el peso molecular del agente principal de retención es inferior a 1 millón de g/mol, con ventaja inferior a 500 000 g/mol.

5. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente principal de retención tiene una densidad de carga catiónica superior a 4 meq./g.

6. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque la introducción del agente principal de retención se efectúa en la pasta diluida de una concentración como máximo del 2%. 35

7. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente secundario de retención está constituido:

a. por lo menos por un monómero aniónico que contiene un grupo funcional ácido carboxílico o que contiene grupos funcionales ácido fosfónico, 40

eventualmente asociado con:

b. uno o varios monómeros no iónicos, elegidos entre el grupo formado por la acrilamida, la metacrilamida, la N, N-dimetilacrilamida, la N-vinilpirrolidona, la N-vinilacetamida, la N-vinilformamida, el acetato de vinilo, los ésteres 45 acrilato, el alcohol alílico, c. uno o varios monómeros catiónicos, elegidos entre el grupo formado por el acrilato de dimetilaminoetilo (ADAME) cuaternizado o salinizado y/o el metacrilato de dimetilamonoetilo (MADAME) cuaternizado o salinizado, el cloruro de dimetildialilamonio (DADMAC) , el cloruro de acrilamidopropiltrimetilamonio (APTAC) y/o el cloruro de metacrilamido-propiltrimetilamonio (MAPTAC) ; 50

d. uno o varios monómeros de carácter hidrófobo, elegidos entre el grupo formado por los derivados de la N-tert-butilacrilamida, la octilacrilamida, la N, N-dihexilacrilamida; los acrilatos y los metacrilatos de alquilo.

8. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque a la suspensión de fibras se le añade un agente terciario de retención elegido entre el grupo formado por las bentonitas procedentes de hectoritas, de esmectitas, de 55 montmorillonitas, de nontronitas, de saponitas, de sauconitas, de hormitas, de atapulgitas y de sepiolitas, los derivados de tipo silicatos de aluminio o borosilicatos, las zeolitas, las caolinitas y las sílices coloidales modificadas o no.

9. Proceso según la reivindicación 8, caracterizado porque el agente terciario de retención se introduce en una 60 cantidad comprendida entre 300 y 3000 g/t en peso de materia activa por tonelada de pasta seca, con preferencia entre 800 y 2000 g/t.

10. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque a la suspensión de fibras se le añade un agente terciario de retención elegido entre los polímeros orgánicos solubles en agua o hinchables en agua, que tienen una desndiad 65

de carga aniónica superior a 0, 1 meq./g y con ventaja una viscosidad intrínseca IV superior a 3 dl/g, este polímero es diferente del agente secundario de retención.

11. Proceso según la reivindicación 10, caracterizado porque el agente terciario de retención se introduce en una cantidad comprendida entre 50 g/t y 800 g/t en peso de polímero activo por tonelada de pasta seca, con ventaja 5 entre 80 g/t y 500 g/t y con preferencia entre 100 y 350 g/t.

12. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la introducción del agente de retención principal y la introducción del secundario se intercala, si procede, un paso de cizallamiento.