Polímero en emulsión inversa bimolecular.

Un procedimiento para la preparación de una dispersión polimérica de agua en aceite comprende las etapas de (a) preparar una dispersión monomérica de agua en aceite que comprende

- agua;

- una sustancia oleosa;

- un emulsionante de agua en aceite;

- un primer polímero catiónico derivado de una mezcla de monómeros que comprende uno o más derivados catiónicos de ácido (alc)acrílico, y uno o más monómeros no iónicos etilénicamente insaturados polimerizables por radicales, en donde el contenido de monómeros catiónicos es a lo sumo de 95% en peso, basándose en el peso total de monómeros;

- un monómero catiónico polimerizable por radicales; y

- opcionalmente, uno o más co-monómeros etilénicamente insaturados polimerizables por radicales; y

(b) polimerizar por radicales el monómero catiónico polimerizable por radicales y los opcionalmente presentes uno o más, co-monómeros etilénicamente insaturados, polimerizables por radicales produciendo de este modo un segundo polímero catiónico.

Polímero en emulsión inversa bimoiecuiar Campo de ia invención

La invención se refiere a dispersiones poliméricas de agua en aceite que son útiles como floculantes, coadyuvantes de deshidratación (drenaje) y coadyuvantes de retención en la fabricación de papel.

Breve descripción de ia técnica anterior

La polimerización en emulsión convencional generalmente implica una fase de aceite dispersada finamente en una fase continua de agua (dispersión pollmérlca de aceite en agua).

En la polimerización en emulsión Inversa, se producen polímeros solubles en agua en una fase acuosa dispersa dentro de una fase continua de aceite (dispersión pollmérlca de agua en aceite). El polímero formado permanece en las gotitas de agua dispersas y no afecta significativamente a la viscosidad de la emulsión. Los productos contienen polímeros con un alto peso molecular medio, pero presentan bajas viscosidades. Esto no solo ofrece una ventaja sobre las emulsiones habituales, sino que ofrece una ventaja con respecto a la formación de un producto seco. Esto se debe a que la emulsión inversa tiene baja viscosidad para un fácil manejo y puede ser bastante concentrada para facilitar su transporte. Es fácilmente posible diluir con una cantidad adecuada de agua y romper la emulsión. Cuando el contenido de agua de la dispersión polimérlca de agua en aceite es comparativamente alto, se necesitan solamente cantidades mínimas de agua con el fin de Invertir la emulsión de agua en aceite (w/o) en una emulsión de aceite en agua (o/w). Puesto que el polímero se forma en pequeñas gotitas en la emulsión Inversa y ya está en solución, se dispersa fácilmente en el agua lo que aumenta drásticamente la viscosidad.

Cuando se dispersa la emulsión inversa en un sistema acuoso, la cantidad de agua aumenta súbitamente. Esto hace que las bobinas de polímero se desplieguen y, en consecuencia, aumente sustancialmente la viscosidad del sistema, aunque la emulsión se diluya sustancialmente. Por ejemplo, cuando se vierte 1 mi de una emulsión de agua en aceite en un volumen de 50 mi de agua (factor de dilución 50) la viscosidad de la emulsión de aceite en agua resultante todavía aumenta, por ejemplo, 3 veces.

Las dispersiones de agua en aceite que contienen de homopolímeros solubles en agua y copolímeros solubles en agua ya se utilizan ampliamente hoy en día, por ejemplo como agentes de floculación en la sedimentación de sólidos, en particular en el tratamiento de agua y agua de procedimiento o el tratamiento de efluentes, en la extracción de materia prima, principalmente de carbón, aluminio y petróleo, o como agentes auxiliares en la Industria azucarera y en la producción de papel.

En la fabricación de papel, una pasta de fabricación de papel, es decir, se forma una suspensión acuosa de fibra celulósica que tiene un contenido de agua de usualmente más de 95% en peso en una hoja de papel que tiene típicamente un contenido de agua de menos de 5% en peso. Por lo tanto los aspectos de la deshidratación y de la retención de la fabricación de papel son importantes para la eficacia y coste de la fabricación.

La deshidratación mediante sedimentación es el método preferido de drenaje debido a su coste relativamente bajo. Después del drenaje por gravedad se utilizan otros métodos para la deshidratación, por ejemplo vacío, prensado, transferencia a una manta de fieltro y prensado, evaporación y similares. En la práctica real se emplea una combinación de tales métodos para deshidratar, o secar, la hoja hasta el contenido de agua deseado. Dado que el drenaje por gravedad es tanto el primer método de deshidratación empleado como el menos costoso, una mejora en la eficiencia de este procedimiento de drenaje disminuirá la cantidad de agua que se requiere eliminar mediante otros métodos y por lo tanto mejorará la eficacia global de la deshidratación y reducirá el coste de la misma.

Se han utilizado diversos aditivos químicos en un intento de aumentar la velocidad a la que drena agua de la hoja formada, y de aumentar la cantidad de sólidos finos y cargas retenidos en la hoja. Los floculantes y los coadyuvantes de drenaje se utilizan ampliamente para optimizar la separación de la fase sólida de la fase líquida en las suspensiones acuosas. El uso de polímeros solubles en agua de alto peso molecular es una mejora significativa en la fabricación de papel. Estos polímeros de alto peso molecular actúan como floculantes, formando flóculos grandes que se depositan sobre la hoja. Ellos también ayudan en la deshidratación de la hoja.

Estos polímeros solubles en agua de alto peso molecular pueden ser empleados como, p. ej., dispersiones poliméricas de agua en aceite (w/o) o dispersiones poliméricas de agua en agua (w/w).

El papel es una mezcla compleja de fibra, cargas y otros aditivos funcionales y de procesamiento. Estos aditivos se incorporan a la hoja para proporcionar propiedades deseadas tales como la resistencia, el tamaño, opacidad, etc. Los programas de retención son un componente esencial de cualquier régimen químico de extremo húmedo

moderno debido a que la retención de estos aditivos de procesamiento y funcionales en la hoja a medida que se forma no solo asegura de que se cumplen las propiedades de la hoja deseadas, sino también se asegura un buen control de costes. Los programas de retención pueden variar de un producto de un solo componente a un programa complejo que consiste en múltiples componentes añadidos en múltiples puntos de adición a lo largo del extremo húmedo.

El diseño de un programa de retención para proporcionar una alta retención de ceniza y finos, a la vez que no se afectan negativamente la formación, el drenaje y el funcionamiento de la maquinaria es el sello distintivo de un programa de retención excelente, y este reto ha sido el eje central de mucho trabajo de I + D. Hasta la fecha, una variedad de programas de múltiples componentes que constan de coagulantes, almidón, floculantes y micropartículas (sílice, bentonita, etc.) han demostrado la capacidad de proporcionar estos resultados, pero el coste y la complejidad limitan su utilidad.

Por ejemplo, el documento US 5.292.800 describe emulsiones agua en aceite de polímeros solubles en agua o hinchables en agua, en las que la fase oleosa de la emulsión consiste en no menos de 50% en peso de un aceite de origen vegetal o animal. Las emulsiones de polímeros de agua en aceite se pueden utilizar como agentes de retención y coadyuvantes de drenaje en la producción de papel, cartulina y cartón.

El documento US 6.117.938 describe emulsiones de polímeros de agua en aceite en las que la fase acuosa comprende una mezcla de polímeros estructurados catiónicos solubles en agua de alto peso molecular con polímeros catiónicos solubles en agua de alto peso molecular, que, o son lineales o tienen un menor grado de estructura. Las mezclas de polímeros son útiles para el drenaje de suspensiones celulósicas tales como las que se encuentran en la producción de papel.

El documento EP-A 0 262 945 describe la formación de mezclas homogéneas de diferentes tipos de polímeros solubles en agua mediante la formación de uno de los polímeros a partir de material de partida monomérico por medio de polimerización en una solución del otro polímero. Una mezcla de un polímero de poliamina con una poliamina soluble en agua, que se realiza mediante polimerización de compuestos amínicos o halogenados adecuados, a menudo junto con dimetilamina, con epiclorhidrina, es de particular importancia para el encolado de papel.

El documento US 2004/0034145 describe un método para la fabricación de una dispersión polimèrica de agua en agua que contiene polímero A y al menos un dispersante polimèrico B, de acuerdo con el cual los monómeros, que se dispersan en una fase acuosa que contiene el dispersante soluble en agua B, se someten a polimerización por radicales. Las dispersiones poliméricas de agua en agua obtenibles son excelentes agentes de retención y coadyuvantes de drenaje en la fabricación de papel.

El documento WO 02/083743 y el documento US 2005/0183837 describen un complejo interyacente soluble en agua que incluye un primer polímero soluble en agua y uno o más monómeros solubles en agua polimerizados para formar un segundo polímero soluble en agua en presencia del primer polímero soluble en agua. Los complejos interyacentes se pueden utilizar en la fabricación de papel. El complejo interyacente se añade a un lugar adecuado en la máquina de papel para ayudar a la formación de la hoja y la promoción de la deshidratación de la hoja formada.

El documento EP 819 651describe una composición de deshidratación de lodos que se prepara (i) formando una solución... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para ia preparación de una dispersión polimèrica de agua en aceite comprende las etapas de

(a) preparar una dispersión monomérica de agua en aceite que comprende

- agua;

- una sustancia oleosa;

- un emulsionante de agua en aceite;

- un primer polímero catiónico derivado de una mezcla de monómeros que comprende uno o más derivados catiónicos de ácido (alc)acrílico, y uno o más monómeros no iónicos etilènicamente insaturados polimerizables por radicales, en donde el contenido de monómeros catiónicos es a lo sumo de 95% en peso, basándose en el peso total de monómeros;

- un monómero catiónico polimerizable por radicales; y

- opcionalmente, uno o más co-monómeros etilènicamente insaturados polimerizables por radicales; y

(b) polimerizar por radicales el monómero catiónico polimerizable por radicales y los opcionalmente presentes uno o más, co-monómeros etilènicamente insaturados, polimerizables por radicales produciendo de este modo un segundo polímero catiónico.

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el primer polímero catiónico deriva de una mezcla de monómeros que comprende uno o más monómeros catiónicos seleccionados del grupo que consiste en haluros de (alc)acrilamìdoalquiltrialquil amonio y haluros de (alc)acriloìloxìalquìl trialquil amonio.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el primer polímero catiónico deriva de una mezcla de monómeros que comprende uno o más monómeros no iónicos seleccionados del grupo que consiste en (met)acrilamida, N-metil (met)acrilamida, N-isopropil (met)acrìlamìda, N,N-dìmetìl (met)acrilamida, N,N-d¡et¡l (met)acrilamida, N-metil-N-etil(met)acr¡lam¡da, N-hìdroxìetìl(met)acrìlamìda, N,N-dììsopropìlacrilamida, vinìlformamìda, acetato de vinilo y estireno.

4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la sustancia oleosa es un hidrocarburo alifático.

5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el monómero catiónico polimerizable por radicales es un derivado de ácido (alc)acrílico.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el derivado de ácido (alc)acrílico se selecciona del grupo que consiste en haluros de (alc)acrilamidoalquiltrialquil amonio, haluros de (alc)acriloilox¡alqu¡l trialquil amonio.

7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los uno o más co- monómeros etilènicamente insaturados comprenden (alc)acrilamida.

8. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el contenido del monómero catiónico polimerizable por radicales está dentro del intervalo de 0,1 a 50% en moles, basándose en la cantidad total del monómero catiónico polimerizable por radicales y los co-monómeros etilènicamente insaturados, polimerizables por radicales,.

9. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde

- la sustancia oleosa es un hidrocarburo alifático que contiene de 6 a 30 átomos de carbono; y/o

- el primer polímero catiónico deriva de uno o más monómeros que comprenden un haluro de (alc)acrilamidoalquiltrialquil amonio; y/o

- el monómero catiónico polimerizable por radicales es un haluro de (alc)acriloilox¡alqu¡l trialquil amonio; y/o

- los co-monómeros etilènicamente insaturados, polimerizables por radicales comprenden acrilamida.

10. Una dispersión de agua en aceite polímero que comprende agua, una sustancia oleosa, un emulsionante de agua en aceite, un primer polímero catiónico, y un segundo polímero catiónico, siendo la dispersión obtenible mediante el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. La dispersión polimèrica de agua en aceite de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la cationicidad del primer polímero catiónico +Fcp en % en peso, el contenido de primer polímero catiónico CFCP en % en peso, la cationicidad del segundo polímero catiónico +scp en % en peso y el contenido del segundo polímero catiónico Cscp en % en peso satisface los siguientes requisitos:

X _ +SCP * Cgcp +FCP * Cpcp

donde 0,5 < X < 300.

12. La dispersión polimèrica de agua en aceite de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, que contiene

° 10 a 90% en peso de agua;

° 0,1 a 60% en peso de al menos una sustancia oleosa;

5 ° 0,1 a 25% en peso de al menos un emulsionante de agua en aceite;

° 0,1 a 30% en peso de al menos un primer polímero catlónlco; y

° al menos un segundo polímero catlónico derivado de

° 0,1 a 30% en peso de al menos un monómero catlónlco pollmerlzable por radicales; y

° 1,0 a 90% en peso de al menos un co-monómero etilènicamente ¡nsaturado pollmerlzable por radicales,

10 estando basados todos los porcentajes en el peso total de la dispersión.

13. El uso de la dispersión polimèrica de agua en aceite de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12 como floculante.

15 14. Un procedimiento para la fabricación de papel, cartón o cartulina, comprendiendo el procedimiento la etapa de

añadir la dispersión polimèrica de agua en aceite de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12 a una suspensión celulósica acuosa.