BRPI0614473A2 - soluções de abrilhantadores ópticos estáveis em armazenamento - Google Patents

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BRPI0614473A2
BRPI0614473A2 BRPI0614473-0A BRPI0614473A BRPI0614473A2 BR PI0614473 A2 BRPI0614473 A2 BR PI0614473A2 BR PI0614473 A BRPI0614473 A BR PI0614473A BR PI0614473 A2 BRPI0614473 A2 BR PI0614473A2
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BRPI0614473-0A
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John Martin Farrar
Andrew Clive Jackson
Margaret Mahon
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Clariant Finance Bvi Ltd
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Abstract

SOLUçõES DE ABRILHANTADORES óPTICOS ESTáVEIS EM ARMAZENAMENTO. A presente invenção refere-se às soluções estáveis em armaze- namento de abrilhantadores ópticos, com base em determinadas formas de sal de derivados de bistriazinila substituida anilino de ácido 4,4'- diaminoestilbeno-2,2'-dissulfónico que não precisam de aditivos extras de solubilização.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SOLUÇÕESDE ABRILHANTADORES ÓPTICOS ESTÁVEIS EM ARMAZENAMENTO".
A presente invenção refere-se às soluções de abrilhantadoresópticos estáveis em armazenamento com base nos derivados de diaminoes-tilbeno que não precisam de aditivos extras para solubilização.
É bem sabido que a brancura e pelo que, a atratividade dos pro-dutos de papel, papelão, têxteis e não tramados pode ser melhorada poradição de agentes abrilhantadores ópticos (OBAs). Os abrilhantadores ópti-cos mais importantes na indústria de papel e papelão são derivados de bis-triazinila substituídos anilino do ácido 4,4'-diaminostilbeno-2,2'-dissulfônico.O substituinte anilino pode conter grupos de ácido de sulfônico adicionais,que fornecem uma maior solubilidade em água. Os abrilhantadores ópticosonde o substituinte anilino não contém grupos ácido sulfônico possuem umaafinidade especificamente alta com relação às fibras de celulose e são espe-cialmente apropriados para uso na parte final úmida do processo para fabri-cação de papel. Para facilidade de manuseio e medição, a indústria de papele papelão demanda que os abrilhantadores ópticos sejam fornecidos emuma forma líquida, preferivelmente na forma de uma solução aquosa con-centrada. Adicionalmente, a forma líquida deve ser estável ao armazena-mento prolongado em uma ampla faixa de temperaturas, tipicamente de 4 a50°C. No passado, os auxiliares de solubilização, tais como, uréia ou etilenoglicol foram adicionados em quantidades de até 30% em peso, a fim de pro-ver estabilidade no armazenamento. Esses agentes de solubilização, contu-do, não possuem afinidade para celulose e contaminam o efluente do moi-nho de papel. Portanto, existe uma demanda para derivados de bistriazinilasubstituídos anilino de ácido 4,4'-diaminostilbeno-2,2'-dissulfônico que pos-sam formar soluções aquosas, concentradas e estáveis, sem a adição deauxiliares de solubilização.
A GB 1.243.276 reivindica derivados bistriazinila do ácido 4,4'-diaminostilbeno-2,2'-dissulfônico que contém pelo menos um, preferivelmen-te dois radicais (ou um radical) amida propiônica, bem como seu uso comoagentes abrilhantadores ópticos para papel. São reveladas aqui a prepara-ção e aplicação de um composto da fórmula (A):
<formula>formula see original document page 3</formula>
O composto é isolado como um sólido e dissolvido em água auma concentração de 0,1% antes da aplicação a uma suspensão aquosa defibras de celulose.
O composto (A) também é descrito na GB 1.247.765.
O composto (A) é também o componente preferido de uma com-posição detergente líquida para lavanderia de acordo com a EP 376.893 A2.
Os inventores declaram que: "Os abrilhantadores ópticos de acordo com ainvenção são empregados na forma de pó ou como soluções em água. Taissoluções possuem um teor de 18 a 75% em peso da substância ativa e tam-bém contém, preferivelmente, substâncias hidrotrópicas".
As GB 1.243.276, GB 1.247.765 ou EP 376.893 A2 não sugeremqualquer vantagem no uso de um contra-íon diferente do sódio.
O WO 02/055646 tenta solucionar o problema de formação deuma solução aquosa concentrada e estável de um abrilhantador óptico dis-sulfonado pela provisão de uma mistura de dois ou mais derivados debis(triazinilamino)estilbeno. O Exemplo 1 descreve a preparação de umasolução aquosa estável contendo 0,2844 mol/kg de abrilhantador óptico naforma de uma mistura equimolar dos compostos (B) e (C), cada um na formade um sal de sódio/trietilamônio misturado.
<formula>formula see original document page 3</formula>
A estabilidade em armazenamento, contudo, também confia napresença de um aditivo - referido no WO 02/055646, página 10 como (Fi) -que é empregado preferivelmente em uma concentração de 0,2 a 3% empeso da solução. Aditivos preferidos (Fi) são alcanolaminas terciárias, triiso-propanolamina sendo especialmente preferida.
O WO 2005/028749 A1 revela composições abrilhantadores óp-ticas compreendendo alcanolamina e um derivado debis(triazinilamino)estilbeno. Alcanolaminas preferidas são 2-amino-2-metil-1-propanol, 1-amino-2-propanol ou uma mistura de 2-amino-2-metil-l-propanole 2-(N- metilamino)-2-metil-1-propanol.
O Kokai Japonês 62-273266 revela composições abrilhantado-ras ópticas compreendendo sais de amônio quaternário de derivados aniôni-cos de bis(triazinilamino)estilbeno. O íon amônio quaternário preferido é umíon trimetil-p-hidroxietilamônio.
A EP-A-884 312 revela hidratos de um derivado debis(triazinilamino)estilbeno da fórmula (D):
<formula>formula see original document page 4</formula>
em que M e M1 representam, independentemente hidrogênio,um metal alcalino terroso ou amônio. Reivindica-se que os hidratos são ca-pazes de estabilizar suspensões líquidas a serem produzidas com pequenasquantidades de auxiliares de formulação.
Os fabricantes de papel, contudo, preferem usar abrilhantadoresópticos na forma de solução, por exemplo, para facilitar o manuseio e medi-ção. Portanto, existe ainda uma necessidade de se prover soluções aquo-sas, concentradas, de abrilhantadores ópticos dissulfonados, que sejam i-sentas de auxiliares de solubilização.
Foi verificado, surpreendentemente, que uma forma de sal espe-cífica dos derivados de bistriazinila substituídos anilino de ácido 4,4'-diaminostilbeno-2,2'-dissulfônico permitem que sejam formada soluções es-táveis, concentradas, sem a adição dos auxiliares de solubilização.A presente invenção provê, portanto, um composto da fórmula(1):
<formula>formula see original document page 5</formula>
[M+]n[(CH3)2NH+CH2CH2OH]2.n
em que
R é hidrogênio ou um radical metila,
R1 é hidrogênio, um radical alquila com 1 a 4 átomos de carbo-no, um radical β-hidroxialquila contendo 2 a 4 átomos de carbono, um radicalβ-alcoxialquila contendo 3 ou 4 átomos de carbono ou CH2C2CONH2,
R2 é hidrogênio ou um radical metila,
M+é Li+, Na+ou K+, e
η é inferior a ou igual a 1,5.
São preferidos os compostos em que:
R é hidrogênio ou um radical metila,
R1 é hidrogênio, um radical metila, um radical β-hidroxialquilacontendo 2 ou 3 átomos de carbono,
R2 é hidrogênio ou um radical metila,
M+ é Na+, e
η é inferior ou igual a 1,5.
São mais preferidos os compostos em que:
R é hidrogênio,
R1 é hidrogênio, um radical metila ou um radical β-hidroxialquilacontendo 2 átomos de carbono,
R2 é hidrogênio,
M+ é Na+, e
η é inferior ou igual a 1,5.
São especialmente preferidos os compostos onde:
R é hidrogênio,
R1 é -CH2C2OH1R2 é hidrogênio,
M+ é Na+, e
η é inferior ou igual a 1,2.
A presente invenção também provê um processo para a produ-ção dos compostos acima, o processo sendo caracterizado pelo fato de queum composto da fórmula (2):
<formula>formula see original document page 6</formula>
na forma de uma solução aquosa é convertido em uma forma desal mista (1), onde pelo menos 25% dos íons M+ associados aos grupos sul-fonato foram substituídos por íons (CH3)2NH+CH2CH2OH tanto por tratamen-to com 2-dimetilaminoetanol e um ácido mineral (por exemplo, HCI ouH2SO^ ou por tratamento seqüencial com uma resina trocadora de íon cati-ônico e 2-dimetilaminoetanol. O composto da fórmula (1) é então opcional-mente isolado e pode ser adicionalmente separado dos sais em excesso ealcanolamina por filtração em membrana.
O processo de filtração em membrana preferido é aquele de ul-trafiltração usando, por exemplo, polissulfona, fluoreto de polivinilideno, ace-tato de celulose ou membranas de película fina.
A invenção também provê uma solução aquosa de um ou maiscompostos da fórmula (1) que podem conter, opcionalmente, um ou maisveículos, anticongelantes, desespumantes, auxiliares de solubilização, con-servantes, agentes complexantes, etc., bem como, subprodutos orgânicos,formados durante a preparação do abrilhantador óptico.
São conhecidos veículos que fornecem características de bran-queamento aperfeiçoadas às composições abrilhantadoras de revestimentopigmentado e podem ser, por exemplo, polietileno glicóis, álcoois poliviníli-cos ou carboximetilceluloses.Anticongelantes podem ser, por exemplo, uréia, dietileno glicolou trietileno glicol.
Auxiliares de solubilização podem ser, por exemplo, uréia, trieta-nolamina, triisopropanolamina ou 2-dimetilaminoetanol.
Compostos da fórmula (1) e suas soluções são apropriados parauso como abrilhantadores ópticos para o branqueamento de têxteis, papel,papelão e não tramados. Eles são especificamente úteis para o branquea-mento de papel e papelão e são apropriados para aplicação tanto em umasuspensão aquosa de polpa ou à superfície do papel, especialmente emuma composição de revestimento pigmentada. Eles são caracterizados pelaalta estabilidade em armazenamento, rendimento e facilidade de aplicação.Eles são também altamente compatíveis com outros aditivos empregadosconvencionalmente na produção de artigos celulósicos, especialmente papele papelão.
EXEMPLOS
Os exemplos que se seguem demonstrarão a presente invençãoem maiores detalhes. Se não for indicado de outra forma "partes" significa"partes em peso" e "%" significa "porcentagem em peso". A filtração emmembrana foi realizada usando um elemento de membrana de ultrafiltraçãode película fina, série G, fornecido pela GE Infrastructure Water & ProcessTechnologies.
EXEMPLO 1
291 partes de uma amina da fórmula (3);
<formula>formula see original document page 7</formula>
são adicionados a 60°C a uma solução agitada de 824 partes deum composto da fórmula (4):
<formula>formula see original document page 7</formula>em 7.750 partes de água. A mistura é aquecida ao refluxo e
mantida lá por 4 horas enquanto controlando o pH para 8,5-9,0 por adiçãode hidróxido de sódio na forma de uma solução aquosa a 30%. 44 partes decloreto de sódio são adicionadas e a mistura é agitada ao refluxo por mais10 minutos. A mistura então é resfriada a 90°C antes da agitação cessar.Após descansar por 10 minutos, a fase inferior do óleo (1.990 partes) con-tendo um composto da fórmula (A) é separada da fase aquosa contendo sale adicionada a 80°C com agitação a 1.570 partes de água fria. A soluçãoassim formada é então tratada a 50°C com a solução de 197 partes 2-dimetilaminoetanol em 350 partes de água fria e 197 partes de ácido clorídri-co aquoso a 37%. A mistura é agitada a 50°C por 10 minutos, então resfria-da para 20°C. Após descansar por 1 hora, a fase inferior do óleo é separada,e diluída com água para 5.000 partes. Excesso de cloreto de sódio e alcano-lamina são removidos por filtração em membrana da solução aquosa, antesda remoção da água por destilação para fornecer 3.520 partes de uma solu-ção aquosa contendo 28% de um composto da fórmula (5).
<formula>formula see original document page 8</formula>
[Na+]o,e [(CH3)2NH+CH2CH2OH]1i2
A solução aquosa assim formada é estável ao armazenamento a4°C por pelo menos duas semanas, tanto na ausência quanto na presençade sementes dé cristal.
EXEMPLO 2
EXEMPLO COMPARATIVO PARA MOSTRAR VANTAGEM EM RELAÇÃOAO CONTRA-ÍON (CH3)g N+CHpCHPOH (REIVINDICADA NO KOKAI JAPONÊS 62-273266)
O Exemplo 1 é seguido, até o ponto em que o óleo (1990 partes)é separado primeiro da fase aquosa contendo sal. O óleo é então derramadona solução agitada de 309 partes de cloreto de colina em 2.700 partes deágua. Excesso de sal é removido por filtração em membrana da solução a-quosa, antes da remoção da água por destilação para fornecer 3.520 partesde uma solução aquosa contendo 28% de um composto da fórmula (6).
<formula>formula see original document page 9</formula>
[Na+]0,8 [(CH3)3N+CH2CH2OH]1,2
A solução aquosa assim formada precipita dentro de 4 dias emarmazenamento a 4°C na presença de sementes de cristal.
EXEMPLO 3
EXEMPLO COMPARATIVO PARA MOSTRAR VANTAGEM EM RELAÇÃOAO CONTRA-ÍON (CHg)9C (NHg+)C HpO H (REIVINDICADA NO WO2005/028749 A1)
O Exemplo 1 é seguido, até o ponto em que o óleo da primeirafase de separação (1.990 partes) é diluído com água (1.570 partes). A solu-ção assim formada é então tratada a 50°C com uma solução de 196 partesde 2-amino-2-metil-l-propanol em 350 partes de água fria e 197 partes deácido clorídrico aquoso a 37%. A mistura é agitada a 50°C por 10 minutos,então resfriada para 20°C. Após descansar por 1 hora, a fase inferior do óleoé separada, e diluída com água para 5.000 partes. Excesso de cloreto desódio e alcanolamina são removidos por filtração em membrana da soluçãoaquosa, antes da remoção da água por destilação para fornecer 3.520 par-tes de uma solução aquosa contendo 28% de um composto da fórmula (7).
<formula>formula see original document page 9</formula>
[Na+]o,e [(CH3)2C(NH3+)CH2OH]1,2
A solução aquosa assim formada precipita dentro de 4 dias emarmazenamento a 4-C na presença de sementes de cristal.
EXEMPLO 4EXEMPLO COMPARATIVO PARA MOSTRAR VANTAGEM EM RELAÇÃOAO CONTRA-ÍON H3N+CH2CH2OH
O Exemplo 1 é seguido, até o ponto em que o óleo da primeirafase de separação (1.990 partes) é diluído com água (1.570 partes). A solu-ção assim formada é então tratada a 50°C com uma solução de 135 partesde etanolamina em 350 partes de água fria e 197 partes de ácido clorídricoaquoso a 37%. A mistura é agitada a 50°C por 10 minutos, então resfriadapara 20°C. Após descansar por 1 hora, a fase inferior do óleo é separada, ediluída com água para 5.000 partes. Excesso de cloreto de sódio e alcano-lamina são removidos por filtração em membrana da solução aquosa, antesda remoção da água por destilação para fornecer 3.520 partes de uma solu-ção aquosa contendo 27% de um composto da fórmula (8).
<formula>formula see original document page 10</formula>
[Na+]0,8 [H3+NCH2CH2OH]1,2
A solução aquosa assim formada precipita dentro de 1 dia emarmazenamento a 4°C na presença de sementes de cristal.
EXEMPLO 5
EXEMPLO COMPARATIVO PARA MOSTRAR VANTAGEM EM RELAÇÃOAO CONTRA-ÍON NA+
O Exemplo 1 é seguido, até o ponto em que o óleo da primeirafase de separação (1.990 partes) é diluído com água (1.570 partes). O ex-cesso de cloreto de sódio é removido por filtração em membrana da soluçãoaquosa a 50°C, antes da remoção da água por destilação para fornecer3.520 partes de uma solução aquosa contendo 26% de um composto dafórmula A.
A solução aquosa assim formada precipita em resfriamento paratemperatura ambiente.
EXEMPLO 6O Exemplo 1 é seguido, até o ponto em que o óleo (1.990 par-tes) é separado primeiro da fase aquosa contendo sal. O óleo é adicionado a80°C com agitação a uma solução de 171 partes de ácido clorídrico aquosoa 37% e 150 partes de 2-dimetilaminoetanol em 1.582 partes de água fria. Amistura é agitada por 10 minutos e resfriada para 20°C. Após descansar por1 hora, a fase inferior do óleo é separada e diluída com água para 5.000 par-tes. A solução aquosa é tratada por filtração em membrana para removerexcesso de cloreto de sódio, então concentrada por destilação. Um adicionalde 7 partes de 2-dimetilaminoetanol são adicionados como um auxiliar desolubilização. A resistência é ajustada para fornecer 3.520 partes de umasolução aquosa contendo 28% de um composto da fórmula (9) e 2-dimetilaminoetanol a 0,2%.
<formula>formula see original document page 11</formula>
[Na+]1,1 [(CH3)2NH+CH2CH2OH]0,9
A solução aquosa assim formada é estável em armazenamentoa 4°C por pelo menos duas semanas tanto na ausência quanto presença desementes cristais.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO 1
O produto do Exemplo de Preparação 1 é adicionado em umafaixa de concentrações de 0,2 a 2% em peso da fibra de peso seco para 200partes de uma suspensão aquosa a 2,5% de uma mistura de 50:50 de sulfitode celulose de espruce alvejada e sulfito de celulose de faia alvejada batidaa uma umidade Schopper Riegler de 20-SR. A suspensão é agitada por 5minutos, então diluída para 1.000 partes. Uma folha de papel é então fabri-cada por arrasto da suspensão através de uma malha de arame. Após serprensado e seco, o papel é medido quanto a brancura em um espectrofotô-metro Minolta CM-700d.
TABELA 1:<table>table see original document page 2</column></row><table>
Os resultados na Tabela demonstram claramente o excelenteefeito de branqueamento fornecido pelo composto da invenção.
EXEMPLO DE APLICAÇÃO 2
Uma composição de revestimento é preparada contendo 500partes de giz (comercialmente disponível sob a marca registrada Hydrocarb90 na OMYA), 500 partes de argila (comercialmente disponível sob a marcaregistrada Kaolin SPS na IMERYS), 470 partes de água, 6 partes de agentede dispersão (um sal de sódio de um ácido poliacrílico comercialmente dis-ponível sob a marca registrada Polysalz S na BASF), 200 partes de látex(um copolímero de éster acrílico comercialmente disponível sob a marca re-gistrada Acronal S320D na BASF), 40 partes de uma solução a 10% de ál-cool polivinílico (comercialmente disponível sob a marca registrada Mowiol 4-98 na Kuraray) em água, e 50 partes de uma solução a 10% de carboximetilcelulose (comercialmente disponível sob a marca registrada Finnfix 5,0 naNoviant) em água. Os teores de sódio são ajustados para 60% por adição deágua e o pH é ajustado para 8-9 com hidróxido de sódio.
O produto do Exemplo Preparativo 1 é adicionado a 0,5, 1,0 e1,5% da concentração em relação à composição de revestimento agitada. Acomposição de revestimento abrilhantada é então aplicada a uma folha debase de papel branco, comercial, de tamanho neutro de 75 g/m2 usando umaplicador em barra enrolado em fio automático com ajuste de velocidadepadrão e carga padrão na barra. O papel revestido é então seco por 5 minu-tos em um fluxo de ar aquecido. O papel seco é condicionado, então medidoquanto à Brancura CIE em um espectrofotômetro Elrepho calibrado.TABELA 2
<table>table see original document page 13</column></row><table>
Os resultados na Tabela demonstram claramente o excelenteefeito abrilhantador fornecido por um composto da invenção.

Claims (14)

1. Composto da fórmula (1):<formula>formula see original document page 14</formula>R é hidrogênio ou um radical metila,R1 é hidrogênio, um radical alquila com 1 a 4 átomos de carbo-no, um radical β-hidroxialquila contendo 2 a 4 átomos de carbono, um radicalβ-alcoxialquila contendo 3 ou 4 átomos de carbono ou CH2CH2CONH2,R2 é hidrogênio ou um radical metila,M+é Li+, Na+ou K+, eη é inferior a ou igual a 1,5.
2. Composto de acordo com a reivindicação 1, em que:R é hidrogênio ou um radical metila,R1 é hidrogênio, um radical metila, um radical β-hidroxialquilacontendo 2 ou 3 átomos de carbono,R2 é hidrogênio ou um radical metila,M+ é Na+, eη é inferior ou igual a 1,5.
3. Composto de acordo com a reivindicação 1, onde:R é hidrogênio,R1 é hidrogênio, um radical metila ou um radical β-hidroxialquilacontendo 2 átomos de carbono,R2 é hidrogênio,M+ é Na+, eη é inferior ou igual a 1,5.
4. Composto de acordo com a reivindicação 1, onde:R é hidrogênio,R1 é -CH2CH2OH,R2 é hidrogênio,M+ é Na+, eη é inferior ou igual a 1,2.
5. Solução aquosa contendo como substância ativa de 20 a 40%em peso de pelo menos um composto da fórmula (1), como definido emqualquer uma das reivindicações 1 a 4.
6. Solução aquosa de acordo com a reivindicação 5, onde aconcentração da substância ativa é de 25 a 35% em peso.
7. Solução aquosa de acordo com a reivindicação 5 ou 6, con-tendo adicionalmente um ou mais veículos, anticongelantes, desespuman-tes, auxiliares de solubilização, conservantes, agentes complexantes, bemcomo subprodutos orgânicos formados durante a preparação do abrilhanta-dor óptico.
8. Processo para preparação dos compostos da fórmula (1), co-mo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, onde um compostoda fórmula (2):<formula>formula see original document page 15</formula>na forma de uma solução aquosa é convertido a uma forma desal misto (1) onde pelo menos 25% dos íons M+ associados aos grupos sul-fonato foram substituídos por íons (CH3)2NH+CH2CH2OH tanto por tratamen-to com 2-dimetilaminoetanol e um ácido mineral ou por tratamento seqüenci-al com uma resina de troca de íon catiônica e 2-dimetilaminoetanol.
9. Processo de acordo com a reivindicação 8, onde o compostoda fórmula (1) é isolado e adicionalmente separado dos sais em excesso ealcanolamina por filtração em membrana.
10. Processo para preparação de soluções como definido nareivindicação 7, onde os componentes adicionais são adicionados à umasolução resultante da preparação do composto da fórmula(1).
11. Uso dos compostos da fórmula (1) como definido em qual-quer uma das reivindicações 1 a 4 ou de soluções aquosas como definidonas reivindicações 5 a 7, para abrilhantamento óptico dos têxteis, papel, pa-pelão e não tramados.
12. Uso de acordo com a reivindicação 11, para suspensões a-quosas de polpa.
13. Processo para branqueamento de papel compreendendo asetapas principais de:- provisão de uma suspensão de polpa,- adição de 0,01 a 2% em peso, com base na fibra seca de umasolução aquosa como definido em qualquer uma das reivindicações 5 a 7,- produção de uma folha de papel da dita suspensão de polpa,- prensagem e secagem da folha.
14. Processo para branqueamento de papel, compreendendo asetapas principais de:- preparação de uma composição de revestimento aquosa pormistura de giz ou outros pigmentos brancos, um ou mais agentes dispersan-tes, ligante de látex primário e opcionalmente um ligante secundário e opcio-nalmente outros aditivos,- adição de 0,01 a 3% em peso com base no pigmento seco deuma solução aquosa como definido em qualquer uma das reivindicações 5 a 7,- aplicação da composição de revestimento a uma folha de pa-pel,- secagem da folha de papel revestida.
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