BRPI1007771A2 - método de preparação de uma disperção estável de partículas de carga floculadas contendo uma distribuição de tamanho de partículas específicas para uso em processos de fabricação de papel e método de preparação de uma disperção estável de partículas de carga floculadas que foram dispersas utilizando uma alta carga para uso em processos de fabricação de papel - Google Patents
método de preparação de uma disperção estável de partículas de carga floculadas contendo uma distribuição de tamanho de partículas específicas para uso em processos de fabricação de papel e método de preparação de uma disperção estável de partículas de carga floculadas que foram dispersas utilizando uma alta carga para uso em processos de fabricação de papel Download PDFInfo
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Abstract
MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDO UMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL E MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUE FORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL, método para a preparação da dispersão estável de partículas de carga floculadas com finalidade no processo da fabricação de papel compreendendo uma adição sequencial de primeiro um agente floculante a uma dispersão aquosa das partículas de carga, seguido de um corte da dispersão, seguido da adição de um segundo agente floculante à dispersão e ainda um corte dos flocos de carga resultantes na dimensão desejada da partícula resultando em flocos de carga resistentes ao corte com uma distribuição de tamanho controlável e definida. Adicionalmente, um coagulante neutralizador pode ser agregado à dispersão para parcialmente ou totalmente neutralizar a carga do funil antes do primeiro agente floculante ser adicionado.
Description
FLOCULADAS QUE FORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL” Referência Cruzada com os Pedidos Relacionados Esta aplicação é uma 10º continuação parcial do Pedido de Patente Norte Americana Com o número de série 11/854.044, registrado no dia 12 de setembro de 2007. Estado da Técnica O presente Pedido de Patente de | 15 Invenção refere-se à pré-floculação de cargas utilizadas na Fabricação de pápel, particularmente, a produção de flocos de carga resistentes ao corte, com uma distribuição de | tamanho definida e controlável em sólidos de carga elevada. | Aumentar o conteúdo de cárga em ' 20 papéis para impressão e escrita é de grande interesse para melhorar a qualidade do produto, bem para como reduzir os custos de matéria-prima e energia, No entanto, a substituição de fibras de celulose carregadas como carbonato de cálcio e argila reduz a força da folha finalizada. Outro problema quando o conteúdo de carga aumenta é que há maior dificuldade em manter uma distribuição uniforme de cargas por meio da estrutura da folha tridimensional. Uma forma de reduzir esses efeitos negativos do aumento do conteúdo de carga é pré-flocular as cargas antes de Sua adição ao sistema final de característica aquosa da máquina de papel, A definição do termo "pré- floculação” é a modificação de partículas de carga em aglomerados por meio de tratamentos com coagulantes e/ou floculantes.
O tratamento de floculação e as forças de corte do processo determinam a distribuição de tamanho e à | estabilidade dos flocos antes da adição ao estoque de papel.
O ambiente químico e as altas taxas de corte de fluidos presentes na fabricação de papel moderna de alta velocidade exigem que os flocos de carga sejam estáveis e resistentes ao corte.
A distribuição de tamanho do floco fornecida por um tratamento de pré-floculação deve minimizar a redução de resistência da folha com mais carga agregada, minimizar a 15º perda de eficiência óptica à partir das partículas de carga e minimizar os impactos negativos na uniformidade e impressão da folha, Além disso, todo o sistema precisa ser economicamente viável.
Portanto, a combinação de alta estabilidade ao corte e distribuição de tamanho de partículas afiadas é vital para o sucesso da tecnologia de pré-floculação de cargas.
No entanto, flocos de carga formados por um único coagulante de baixo peso molecular, incluindo o amido comumente utilizado, tendem a ter um tamanho de partícula relativamente pequena que quebra com às forças de alto corte de uma máquina de papel.
Os flocos de carga formados por um único floculante de peso molecular elevado tendem à ter uma ampla distribuição de tamanho de E —ssm-.
partícula de difícil controle e a distribuição de tamanho de partículas piora em níveis mais altos de sólidos de carga, principalmente devido à má mistura da solução de floculante viscoso na mistura, Assim, há uma frequente necessidade de aprimoramento das tecnologias de pré-floculação.
A técnica descrita nesta seção não se destina a constituir uma admissão de que qualquer patente, publicação ou outra informação aqui referida seja a "arte prévia" em relação a este Pedido de Patente de Invenção, à menos que especificamente designada como tal. | Além disso, esta seção não deve ser interpretada para | significar que uma pesquisa foi feita ou que nenhuma outra informação pertinente exista, tal como definida em 37 C.F.R,. s 1,56(a). 15º Preâmbulo Pelo menos uma configuração se refere a um método para preparação de uma dispersão estável de partículas floculadas de carga tendo uma distribuição de tamanho de partículas específicas para uso em processos de fabricação de papel compreendendo a) fornecer uma dispersão aquosa de partículas de carga; b) a adição de um primeiro agente fFloculante para à dispersão em uma quantidade suficiente para misturar uniformemente na dispersão sem ' causar uma floculação significativa das partículas de carga; ec) adição de um segundo agente floculante para a dispersão em uma quantidade suficiente para iniciar a floculação das partículas de carga na presença do primeiro agente floculante; e d) opcionalmente, corte da dispersão floculada RD AA AA A o f1 A A AMA AMA EERÀDP ii" SS RR 4/42 l ; ? para fornecer uma dispersão de flocos de carga tendo O tamanho de partícula desejada.
Pelo menos uma configuração se refere a um método para fabricação de produtos de papel a partir da celulose compreendendo a formação de uma solução | aquosa da fabricação de papel celulósico, adicionando uma dispersão aquosa de flocos de carga preparados como descrito | aqui para a solução, drenando a solução para formar uma folha e secar à folha.
As etapas de fabricação da solução de papel, drenagem e secagem podem ser realizadas de qualquer forma convencional, sendo geralmente conhecidas por aqueles com experiência na técnica.
Pelo menos uma configuração se refere a um produto de papel incorporando os flocos de carga preparados, conforme aqui descrito.
Descrição das Figuras Uma descrição —*“ detalhada do presente Pedido de Patente de Invenção é descrita a seguir com referência específica sendo feita para o desenho na qual: a figura 1 é uma ilustração de uma resolução de tempo MCL de uma reação de floculação.
Descrição Detalhada do presente Pedido de Patente de Invenção Para os fins desta aplicação a definição desses termos é à seguinte: "Coagulante" significa uma composição de matéria com uma maior densidade de carga e po MM o MM 5/42 menor peso molecular do que um floculante que, quando adicionado a um líquido contendo partículas em suspensão finamente divididas, desestabiliza e agrega os sólidos por meio do mecanismo de neutralização de carga iônica.
"Floculante" significa uma composição de matéria com uma densidade de baixa carga e um alto peso molecular (acima de 1.000.000), que quando adicionado à um líquido contendo partículas em suspensão finamente divididas, desestabiliza e agrega os sólidos por meio do mecanismo de ponte de inter-partículas.
"Agente Floculante" significa uma composição de matéria que, quando adicionada a um líquido, desestabiliza e agregada partículas em suspensão finamente divididas e coloidais no líquido, floculantes e 15" coagulantes pode ser agentes floculantes.
"GCC" significa carbonato de cálcio do solo, que é fabricado pela moagem da rocha carbonática natural de cálcio.
"PCC" significa carbonato de cálcio precipitado, que é produzido sinteticamente.
As cárgas úteis para este Pedido de Patente de Invenção são bem conhecidas e comercialmente disponíveis. Dentre elas normalmente estaria qualquer partícula inorgânica ou orgânica ou pigmento usado para aumentar à opacidade ou o brilho, aumentar a suavidade, ou reduzir o custo do papel ou das folhas. Dentre as cargas representativas estão carbonato de cálcio, argila de caulim, talco, dióxido de titânio, alumina tri-hidratada, sulfato de
| | 6 6/42 : bário, hidróxido de magnésio, e assim por diante. O carbonato de cálcio inclui GCC em forma de suspensão seca ou dispersa, giz, PCC de qualquer morfologia e PCC em forma de suspensão dispersa. Alguns exemplos das suspensões de GCC e PCC são fornecidos no Pedido co-pendente de Patente Norte Americanas sob o número de série 12/323.976. As formas de suspensão dispersa de GCC ou PCC são tipicamente produzidas utilizando-se dispersantes do polímero do ácido poliacrílico ou dispersantes do polifosfato de sódio. Cada um destes dispersantes transmite uma carga aniônica significativa às partículas de carbonato de cálcio. Suspensões de argila de caulim também podem ser dispersas utilizando polímeros do ácido poliacrílico ou polifosfato de sódio. Em uma configuração, as cargas 15º são selecionadas a partir do carbonato de cálcio e argila de caulim e suas combinações. Em uma configuração, as cargas são selecionadas à partir do carbonato de cálcio precipitado, carbonato de cálcio do solo e argila de caulim, e suas misturas. O primeiro agente floculante é de preferência um floculante polimérico catiônico quando utilizado com cargas cationicamente carregadas, e aniônico quando utilizado com cargas anionicamente carregadas. No entanto, ele pode ser aniônico, não iônico, zwitrteriônico ou anfotérico, desde que se misturem de maneira uniforme em uma suspensão com alto teor de sólidos, sem causar uma floculação significativa. | | |
Í | a ————-——-—
A definição de "sem causar uma floculação significativa" é a não-floculação da carga na presença do primeiro agente floculante ou a formação de flocos que são menores do que os produzidos com a adição do segundo agente floculante e instáveis sob condíções de corte moderado, O corte moderado é definido como o corte fornecido pela mistura de uma amostra de 300 ml em um copo de 600 ml utilizando um motor de agitação IKA REI6, a 800 rpm, com um rotor de turbina de quatro lâminas com diâmetro de 5 cm.
Este corte deve ser semelhante ao que está presente no sistema com característica de uma máquina moderna de papel.
Floculantes adequados geralmente têm pesos moleculares superiores a um milhão e muitas vezes acima de 5.000.000. O agente floculante polimérico é geralmente preparado pela polimerização da adição de vinil de um ou mais monômeros catiônicos, aniônicos ou não- iônicos, por copolimerização de um ou mais monômeros catiênicos com um ou mais monômeros não-iôdnicos, por copolimerização de um ou mais monômeros aniônicos com um ou mais monômeros não-iônicos, por copolimerização de um ou mais monômeros catiônicos com um ou mais monômeros aniônicos e, opcionalmente, um ou mais monômeros não-iônicos para produzir um polímero anfótero ou por polimerização de um ou | 25 mais monômeros zwitteriônicos e, opcionalmente, um ou mais monômeros não-iônicos para formar um polímero zwitteriônico, | Um ou mais monômeros zwitteriônico e, opcionalmente, um ou | mais monômeros não-iônicos também podem ser copolimerizados | | NC ——--&—m————
com um ou mais monômeros aniônicos e catiônicos para dar carga catiônica ou aniônica ao polímero zwitteriônico. Os floculantes adequados geralmente têm um teor de carga inferior a 80 moles por cento e muitas vezes menos que 40 moles por cento.
Enquanto floculantes de polímero catiônicos podem ser formados utilizando monômeros catiônicos, também é possível reagir certos polímeros de vinil não-iônico para produzir polímeros cationicamente carregados. Polímeros deste tipo incluem aqueles preparados por meio da reação de poliacrilamida com dimetilamina e formaldeído para produzir um derivado de Mannich.
Da mesma forma, enquanto floculantes polímeros aniônicos podem ser formados 15º utilizando monômeros aniônicos, cambém é possível modificar certos polímeros de vinil não-iônico para formar polímeros anionicamente carregados. Polímeros deste tipo incluem, por exemplo, aqueles preparados por hidrólise de poliacrilamida. O floculante pode ser preparado na forma sólida, como uma solução aquosa, como uma emulsão de água em óleo, ou como uma dispersão em água. Dentre os polímeros catiônicos representativos estão os copolímeros e terpolímeros de (met ) acrilamida com metacrilato de dimetilaminoetilo (DMAEM), acrilato de dimetilaminoetilo (DMAEA) , dietilaminoetil acrilato (DEAEA) , metacrilato dietilaminoetil (DEAEM) ou suas formas de amônio quaternário feitas com sulfato de dimetilo, cloreto de metila ou cloreto de benzila. Dentre os polímeros aniônicos representativos : MM o isSSsAaAíÍÉkME NT OS O..-So0! . . = )lon 9/42 estão os copolímeros de acrilamida com acrilato de sódio e/ou ácido sulfênico de 2-metilpropano 2-acrilamido (AMPS) ou um homopolímero de acrilamida que foi hidrolisada para converter uma parte dos grupos de acrilamida ao ácido acrílico, Em uma configuração, os floculantes têm um VRE de pelo menos 3 dL/g.
Em uma configuração, os floculantes têm um VRE de pelo menos 10 dL/g.
Em uma configuração, os floculantes têm uma VRE de pelo menos 15 dL/9.
Como mencionado aqui, "VRE" significa viscosidade reduzida específica. Dentro de uma série de homólogos de polímero que são substancialmente 15º lineares e bem solvatados, as medidas de “viscosidade reduzida específica (VRE)" de soluções diluídas de polímeros são uma indicação do comprimento da cadeia de polímero e peso molecular médio de acordo com Determination of Molecular Weights, por Paul J. Flory, páginas 266 a 316, Principles of Polymer Chemistry, Cornell University Press, Ithaca, NY, Capítulo VII (1953). O VRE é medido em uma dada concentração de polímeros e temperatura e calculado da seguinte forma: VRE = [(n/mo)-l]/c, onde n = viscosidade da solução do polímero, nº = Viscosidade do solvente à mesma temperatura e c = concentração de polímero na solução.
As unidades de concentração "ec" men
Do ASA! í!€JÔÂê —* -»EM]Y].. n- . o“ a .2-]q e aanJa nntfaa an a *N”!9H Boca ÉaAÔTÔEA2 7 anna 2 VÔÊ)]I o Nu—sEA—5!1"2" 5) 2 P 10/42 são (gramas/100ml ou g/decilitro). Portanto, às unidades de VRE estão em dL/g. Salvo disposição em contrário, uma solução de nitrato de sódio de 1,0 molar é utilizada para medir a VRE. A concentração do polímero neste solvente é de 0, 045 g/dLl. A VRE é medida a 30ºC. As viscosidades n é Mo são medidas utilizando um viscosímerro de semi-micro diluição a canhão Ubbelohde, tamanho 75. O viscosímetro é montado em uma posição perfeitamente vertical em um banho de temperatura constante ajustado para 30+0,02ºC., O erro típico inerente ao cálculo do VRE para os polímeros aqui descritos é de cerca de 0,2 dL/g. Quando dois homólogos de polímero dentro de uma série possuir VRE similares, é uma indicação de que eles têm pesos moleculares semelhantes.
Como mencionado acima, o primeiro agente floculante é adicionado em quantidade suficiente para se misturar, de forma uniforme, na dispersão sem causar uma floculação significativa das partículas de carga. Em uma configuração, à dose do primeiro agente floculante é entre 0,2 e 6,0 l1b/tonelada de partícula de carga tratada. Em uma configuração, a dose do floculante é entre 0,4 e 3,0 1b/tonelada de partícula de carga tratada. Para os fins deste Pedido de Patente de Invenção, “"lb/ton" é uma unidade de dosagem que significa libras de polímero ativo (coagulante ou floculante) por 2.000 libras de partículas de carga, oO segundo agente floculante pode ser qualquer material que possa iniciar a floculação de pré-carga na presença do primeiro agente floculante. Em uma Is configuração, o segundo agente floculante é selecionado a partir de micropartículas, coagulantes, floculantes e suas Misturas.
Dentre as micropartículas adequadas estão materiais siliciosos e Mmicropartículas poliméricas. Os materiais siliciosos representativos incluem partículas à base de sílica, microgels de sílica, sílica coloidal, soluções de sílica, gel de sílica, polisilicatos, sílica catiôênica, silicatos de alumino, 10º polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, zeólitos, e sintéticos ou argilas de dilatação naturais. As argilas de dilatação podem ser bentonita, hectorita, esmectita, montmorilonita, nontronita, saponita, sauconita, mormita, atapulgita, e sepiolita.
As mioropartículas poliméricas úteis neste Pedido de Patente de Invenção incluem aniônicos, catiônicos, anfóteros ou micropartículas orgânicas. Essas micropartículas normalmente têm solubilidade limitada em água, podem ser reticuladas, e têm um tamanho de partícula não dilatada inferior a 750 nm, Micropartículas orgânicas aniônicas incluem aquelas descritas no pedido US 6.524.439 e feitas por meio da hidrólise de micropartículas de polímero de acrilamida ou monômeros por polimerização aniônica de ácido (met)acrílico e seus sais, sulfonato de 2-acrilamida- 2-metilpropano, sulfetil- (met)acrilato, ácido vinil sulfônico, ácido sulfônico estireno, maleico Ou COuUtros ácidos dibásicos Ou seus sais ou suas misturas. Estes a L———------.s»,»,s,s,»,».».———
monômeros aniônicos também podem ser copolimeriízados com monômeros não iônicos, tais como (met)acrilamida, N-alquila acrilamida, N, N-dialquila acrilamida, (met )acrilato de metilo, acrilonitrila, N-vinil metil acetamida, N-vinil formamida metila, acetato de vinila, N-vinilpirrolidona, e suas misturas.
As micropartículas orgânicas catiônicas incluem aquelas descritos no pedido US 6.524.439 e feitas por meio da polimerização de monômeros tais como haletos de dialildimetilamônio, cloreto de acilóxialquiltrimetiílamônio, compostos (met ) acrilatos de dialquilamino alquila, e sais e quaternários dos mesmos e monômeros de N,N-dialquilamino alquila (met) acrilamidas, | cloreto de (met)acrílico-amido-propil-trimetil-amônio e os 155 sais de ácido ou quaternários de N,N- dimetilaminoetilacrilato e similares.
Estes monômeros catiônicos também podem ser copolimerizados com monômeros não-iônicos, tais como (met) acrilamida, N-alquila acrilamidas, N,N-diaquil acrilamidas, (met) acrilato de metila, acrilonitrila, N-vinil metilacetamida, N-vinil | formamida de metila, acetato de vinila, N-vinilpirrolidona, e suas misturas.
Mioropartículas orgânicas anfotéricas são feitas por meio da polimerização de combinações de pelo menos um dos monêmeros aniônicos listados acima, pelo menos um dos monômeros catiônicos listados acima, Ee, opcionalmente, pelo menos um dos monômeros não-iônicos listados acima.
" 13/42 | A polimerização dos monômeros em uma micropartícula orgânica normalmente é feita na presença de um agente de reticulação polifuncional.
Esses agentes de reticulação são descritos no pedido US 6.524.439 como tendo pelo menos duas ligações duplas, uma ligação dupla e um grupo reativo, ou dois grupos reativos.
Dentre os exemplos desses agentes estão à N,N-metileno(met)acrilamida, polietilenoglicol di (met )acrilato, N-vínil acrilamida, divinilbenzeno, sais de trialilamônia, N- 10º metilalilacrilamida-glicidil (met) acrilato, acroleína, metilalacrilamida, dialdeídos como qglioxal, compostos de diepóxi e epicloridrina.
Em uma configuração, à dose de micropartículas é entre 0,5 e 8 lb/ton de cargas tratadas.
Em uma configuração, a dose de micropartículas é entre 1,0 e 4,0 ka/tonelada de cargas tratadas. os coaqgulantes adequados geralmente têm um peso molecular menor que os floculantes e têm uma alta densidade de grupos de carga catiônica., Os coagulantes úteis neste Pedido de Patente de Invenção são bem conhecidos e estão disponíveis no mercado.
Eles podem ser inorgânicos ou orgânicos.
Coagulantes inorgânicos representativos incluem alumínio, aluminato de sódio, cloretos de polialumínio ou PACS (que também podem ser chamados de cloreto hidróxido de alumínio, cloreto de hidróxido de alumínio, e cloreto de hidróxido de polialumínio), cloretos sulfatados de polialumínico, sulfato de sílica de polialumínio, sulfato férrico, cloreto férrico, E»
| e similares e misturas dos mesmos.
Muitos dos coagulantes | orgânicos são formados por meio da polimerização de condensação.
Exemplos de polímeros deste tipo incluem | 5 copolíneros de epicloridrina-dimetilamina (EPI-DMA), «e copolímeros de EPI-DMA reticulados com amônia.
Coagulantes adicionais incluem polímeros de dicloroetano e amônia, ou de dicloroetano e dimetilamina, com ou sem a adição de amônia, polímeros de condensação de aminas multifuncionais, como dietilenotriamina, tetraetilenepentamina, hexametilenodiamina e similares com ácidos dicloroetano ou polifuncionais como o ácido adípico e polímeros feitos por meio de reações de condensação, como resinas de formaldeído 15º melamina.
Coaqulantes adicionais incluem à adição de vinila cationicamente carregada tais como polímeros, copolímeros e terpolímeros de (met)acrilamida, dialil-N,N-dissubstituído amônio metacrilato, haleto dimetilaminoetilo e seus sais de amônio quaternários, acrilato de dimetilamincetilo e seus sais de amônio quaternário, cloreto de metacrilamida trimetilamónio propil, cloreto de amônio dimetil dialil (beta-propionamido), metilsulfato de trimetil amônio (beta-metacrila óxi etil), políivinil lactâmico quaternizado, vinil amina e acrilamida ou metacrilamida que reagiu para produzir o Mannich ou derivados quaternários de Mannich.
Sais adequados de amônio quaternário podem ser produzidos usando cloreto de metila,
sulfato de dimetilo ou cloreto de benzila.
Os terpolímeros podem incluir monômeros aniônicos como o ácido acrílico ou ácido sulfônico 2-metilpropano 2-acrilamida, enquanto a carga global sobre oc polímero é catiônica.
Os pesos moleculares desses polímeros, tanto com a adição e condensação do vinil, variam de um valor baixo como várias centenas para um valor elevado como vários milhões.
Outros polímeros úteis como oO segundo agente floculante catiônico incluem, polímeros aniônicos ou anfóteros cuja composição química é descrita acima como um floculante.
A distinção entre estes cinco pol ímeros e floculantes é, principalmente, de peso molecular. oO segundo agente floculante pode ser utilizado sozinho ou em combinação com um ou mais agentes floculantes adicionais segunda.
Em uma configuração, uma ou mais micropartículas são adicionadas à suspensão de carga floculada após a adição do segundo agente floculante.
O segundo agente floculante é adicionado à dispersão em uma quantidade suficiente para ! iniciar a floculação das partículas de carga ná presença do | primeiro agente floculante.
Em uma configuração, a dose do segundo agente floculante é entre 0,2 e 8,0 l1b/torielada de carga tratada, Em uma configuração, a dose do segundo componente é entre 0,5 e 6,0 l1b/conelada de carga tratada.
Em uma configuração, uma Ou mais micropartículas podem ser adicionadas à dispersão floculada antes do corte para fornecer uma floculação adicional e/ou reduzir o tamanho de partícula de distribuição.
Em uma configuração, o segundo agente floculante e primeiro agente floculante são cargas opostas.
Em uma configuração, o primeiro agente floculante é catiônico e o segundo agente floculante é aniônico.
Em uma configuração, o primeiro agente floculante é selecionado a partir de copolímeros de acrilamida com metacrilato de dimetilaminoetilo (DMAEM) ou acriílato dimetilaminoetilo (DMAEA) e suas misturas.
Em uma configuração, o primeiro agente floculante é um copolímero de acrilamida e acrilato dimetilaminoetilo (DMAEA) com um teor de carga catiônica de 5-50 mol por cento e um de VRE de > 15 dL/9, Em uma configuração, o segundo agente floculante é selecionado do grupo que inclui acrilanmida parcialmente hidrolisada e copolímeros — de acrilamida é acrilato de sódio. Em uma configuração, o segundo agente floculante é um copolímero de acrilamida e acrilato de sódio tendo uma carga aniônica de 50-40 mol por cento e um de VRE de 0,3-5 dL/g.
Em uma configuração, o primeiro | agente floculante é aniônico e o segundo agente floculante é | catiônico.
o
Em uma configuração, o primeiro agente floculante é selecionado do grupo consistindo de aorilamida parcialmente hidrolisada e copolímeros — de acrilamida e acrilato de sódio.
Em uma configuração, o primeiro agente floculante é selecionado do grupo consistindo de acrilamida parcialmente hidrolisada e copolímeros de acrilamida e acriílato de sódio.
Em uma configuração, o primeiro 10º agente floculante é um copolímero de acrilamiída e acrilato de sódio tendo uma carga aniônica de 5-75 moles por cento e um de VRE de pelo menos 15 dL/g.
Em uma configuração, o segundo agente floculante é selecionado de um grupo que consiste de copolímeros de epicloridrina-dimetilamina (EPI-DMA), copol ímeros de EPI-DMA reticulados com amênia e homopol ímeros de halogenetos de amônio dialil-N, N- dissubstituídos.
Em uma configuração, o segundo agente floculante é um homopolímero de cloreto de amônio dimetil dialil tendo um VRE de 0,1-2 dL/g.
Em uma configuração, o segundo agente floculante é selecionado a partir de copolímeros de acrilamida com metacrilato de dimetilaminoetilo (DMAEM) ou acrilato dimetilaminoetilo (DMAEA) e suas Misturas, Em uma configuração, o segundo agente floculante é uma acrilamida e copolímero de acrilato dimetilaminoetilo (DMAEA) com um teor de carga catiônica de 5-50 mols % e um de VRE de > 15 dL/g.
Dispersões de flocos de carga de acordo com este Pedido de Patente de Invenção são preparadas antes da Sua adição na fabricação de papel. Isto pode ser feito de uma forma contínua ou de lote otimizado. A concentração de carga nestas suspensões é geralmente inferior a 80% em massa. Geralmente, é mais entre 5 e 65% em massa.
Um processo em lote pode | consistir em um grande tanque de mistura com um misturador suspenso em hélice. A suspensão de carga é carregada no Í tanque de mistura e a quantidade desejada do primeiro agente floculante é alimentada à suspensão sob agitação contínua, Suspensão e floculantes são misturados com um tempo suficiente para distribuir o primeiro agente floculante uniformemente em todo o sistema, normalmente por cerca de 10 à 60 segundos, dependendo da energia da mistura utilizada. A quantidade desejada do segundo agente floculante é então adicionada, agitando a uma velocidade de mistura suficiente para quebrar os flocos de carga com o aumento do tempo de mistura tipicamente de alguns segundos a vários minutos, dependendo da energia de mistura utilizada. Opcionalmente, um micreparctícula é adicionada como um terceiro componente para causar a refloculação e estreitar à distribuição do tamanho do floco. Quando a distribuição adequada de tamanho dos flocos de carga for obrida, a velocidade de mistura é reduzida para um nível em que os flocos sejam estáveis. Este lote de carga floculada é então transferido para um tanque de mistura maior com mistura suficiente para manter os flocos de carga uniformemente suspensos na dispersão, A carga floculada é bombeada a partir deste tanque de mistura paraa fabricação do papel.
Em um processo contínuo, a quantidade desejada do primeiro agente floculante é bombeada para dentro do tubo contendo a carga e misturada com um misturador em linha estática, se necessário, um comprimento de tubo ou um recipiente de mistura suficiente para permitir uma mistura adequada de carga e o floculante pode ser incluído antes da adição da quantidade adequada do segundo agente floculante. O segundo agente floculante é então bombeado para o tubo contendo a carga e misturado com um 15" misturador em linha estática, se necessário. Opcionalmente, uma micropartícula é adicionada como um terceiro componente para causar a refloculação e estreitar a distribuição do tamanho do floco. É então necessária uma alta velocidade de mistura para obter à distribuição do tamanho desejado dos flocos. O ajuste tanto da taxa de corte do dispositivo de mistura ou do tempo de mistura pode controlar a distribuição do tamanho do floco, Um processo contínuo que se presta à utilização de uma taxa ajustável de corte em um dispositivo de volume fixo, Tal dispositivo é descrito na Patente US
4.799.964, Este dispositivo é uma bomba centrífuga de velocidade ajustável que, quando operada a uma contrapressão superior a sua pressão de fechamento total (shut off), funciona como um dispositivo de corte mecânico com capacidade de bombeamento.
Outros dispositivos adequados de corte incluem um bocal com uma queda de pressão ajustável, um dispositivo de emulsificação tipo turbina, ou um misturador de alta intensidade, com velocidade ajustável, em um recipiente de volume fixo.
Após o corte, à suspensão de carga floculada é alimentada diretamente no processo de fabricação do papel. | Tanto no lote e nos processos contínuos descritos acima, pode ser utilizado um filtro ou uma tela para remover flocos de carga que estão acima do tamanho.
Isto elimina possíveis problemas de operabilidade da máquina e de qualidade do papel resultante da inclusão de grandes flocos de carga no papel ou papelão.
Em uma configuração, o tamanho 15º da partícula mediana dos flocos de carga é de pelo menos 10 um.
Em uma configuração, o tamanho da partícula mediana dos flocos de carga é entre 10 e 100 um, Em uma configuração, o tamanho da partícula mediana dos flocos de carga é entre 10 e7o um.
O acima mencionado pode ser mais bem entendido por referência os exemplos a seguir, que são apresentados para fins de ilustração e não se destinam à limitar o escopo do presente Pedido de Patente de Invenção: Exemplos 1-7 A carga utilizada para cada exemplo foi ou não dispersa, PCC escalenoédrico (disponível como Albacar HO da Specialty Minerals Inc., Bethlehem, PA, EUA). Quando o PCC não disperso foi utilizado, o produto a
MM Jd | 2142 | seco foi diluído àa 10% de sólidos utilizando água da torneira.
Quando o PCC não disperso foi utilizado, obteve-se como 40% de suspensão sólida e é diluído a 10% de sólidos com água da torneira.
A distribuição do tamanho do PCC foi medida em intervalos de três segundos durante a f£loculação utilizando uma sonda Lasentec' S400 FBRM (Medição de Reflectância com Feixe Focado), fabricada por Lasentec, Redmond, WA.
Uma descrição da teoria por trás da operação da FBRM pode ser encontrada na Patente US 4.871.251. O comprimento médio da corda (MCL) dos flocos PCC é utilizado como uma medida global do grau de floculação, A sonda a laser é inserida em um copo de 600 ml contendo 300 mL de 10% de suspensão de PCC.
A solução é agitada utilizando um motor de agitação IKA RE16 a 800 rpm por pelo menos 30 segundos antes da adição de agentes floculantes.
O primeiro agente floculante é adicionado lentamente ao longo de 30 segundos à 60 segundos, com o auxílio de uma seringa.
Quando um segundo agente floculante é utilizado, ele é adicionado de forma semelhante ao primeiro agente floculante depois do aguardo de 10 segundos para que o primeiro agente floculante se misture, Finalmente, quando uma micropartícula é adicionada, ela é adicionada de forma semelhante aos agentes floculantes depois do aguardo de 10 segundos para que O segundo agente floculantre se misture, Os floculantes são diluídos a uma concentração de 0,3% com base em sólidos, os coaqulantes são diluídos a uma concentração de 0,7% com base em sólidos, o amido é diluído para uma concentração de 5% com base em a ———p——.——————.
sólidos, é as micropartículas são diluídas a uma concentração de 0,5%, com base em sólidos antes do uso. Um perfil típico de resolução de tempo do MCL é mostrado na FIG. 1.
Ss O perfil de resolução de tempo do MCL da FIG. 1 foi registrado por Lasentec S400 FBRM. No ponto um, o primeiro agente floculante é introduzido na pasta fluida e o MCL aumenta e então diminui rapidamente sob velocidade de 800 rpm na mistura, indicando que os Elocos de carga não estão estáveis sob o corte. No ponto dois, o segundo agente floculante é incroduzido, e o MCL também aumenta e depois diminui levemente abaixo da velocidade de mistura de 800 rpm. No ponto três, uma micropartícula é introduzida e o MCL aumenta acentuadamente e ,em seguida, se 15º estabelece, indicando que os flocos de carga estão estáveis à uma velocidade de mistura de 800 rpm, Uma vez que o corte aumenta para 1.500 rpm, o MCL começa a diminuir.
Para cada experimento com floculação de carga, o MCL máximo após a adição do agente floculante é registrado e listado na Tabela II. O MCL máximo indica a extensão de floculação. A suspensão é então agitada a 1500 rpm por 8 minutos para o teste de estabilidade dos flocos de carga sob condições de alto corte. Os valores MCL | em 4 minutos e 8 minutos são registrados e listados nas ' 259 Tabelas ITlI e IV, respectivamente, | A distribuição de tamanho da partícula dos flocos de carga também é caracterizada pelo espalhamento da luz do laser com o auxílio do Mastersizer
Micro da Malvern Instruments Ltd., Southborough, MA, EUA. A análise foi conduzida por meio de um modelo polidisperso e uma apresentação de 4PAD. Esta apresentação assume um índice de refração de 1,60 da carga e um índice de refração de 1,33 para água como à fase contínua. A qualidade da distribuição é indicada pelo tamanho médio do floco ponderado em volume, D(V.0,5), pela extensão da distribuição e pela uniformidade da distribuição. A extensão e uniformidade são definidas como: D(V:0,9) DIV:O1) | alcance = D(r.os) xVNDIV; 0.5) - Di] uniformidade = DOO,5)EV: Aqui D (v, 0,1), D (v, 0,5) e D (v, 0,9) são definidos como os diâmetros que são iguais ou superiores a 10%, 50% e 90% em volume das partículas de carga, respectivamente, V; e D; são à fração de volume e diâmetro das partículas do tamanho do grupo i. Menores 15º valores de amplitude e uniformidade indicam uma distribuição mais uniforme de tamanho de partícula, que geralmente é suposto a ter melhor desempenho na fabricação de papel.
Estas características de flocos de carga no MCL máximo, 4 minutos e 8 minutos sob corte a 1.500 rpm, estão listadas ' nas Tabelas II, IIL e IV para cada exemplo. O tipo PCC, agentes floculantes, e doses de agentes floculantes utilizados em cada exemplo, estão listados na Tabela IT.
| Exemplo 8
Na MM 24/42 Este experimento demonstra a viabilidade do uso de um processo contínuo para flocular uma suspensão de PCC.
Um lote de 18 litros de PCC de 10% de sólidos de não dispersos (disponível como Albacar HO da Specialty Minerals Inc., Bethlehem, PA, EUA) em áqua de torneira foi bombeado através de uma bomba centrífuga de 7,6 L/min em um balde de cinco galões (aprox. 19 litros). Uma dose ativa de 1,0 l1b/ton de 0,3% da solução de sólidos do floculante A foi inserida na suspensão PCC na entrada da bomba centrífuga por meio de uma bomba de cavidade progressiva.
O PCC foi então inserido em um misturador estático juntamente com à dose ativa de 1,0 lb/ton de uma solução de sólidos de 0,7% do coagulante A.
A distribuição de tamanho dos flocos de carga foi medida utilizando o Micro Mastersizer e foi registrada na Tabela II. 300 mL da suspensão resultante foram agitados em um copo a 1500 rpm durante 8 minutos da mesma forma como nos exemplos 1 a 7. As características dos flocos de carga em 4 minutos e 8 minutos estão listadas nas Tabelas III e IV, respectivamente.
Exemplo 9 A pasta fluida de carga e o procedimento experimental foram o mesmo do exemplo 8, com exceção de que coagulante A foi alimentado para dentro da bomba centrífuga e o floculanre A foi alimentado no misturador estático.
As características de tamanho dos flocos de carga estão listadas nas Tabelas 11, III e TV, Tabela 1. Tipo PCC, descrições do agente de floculação, e | ! | | a —m—m—m—m—
doses do agente floculante para os exemplos de 1 a 9. Lo Pomar o Poimero2 O Mieopaticuia — Dose Dose Dose (lbito Tipo do PCC Nome b/ton) Nome /b/ton! Nome n Stalok 400 [2 Nena Nenhum “| |2 —|NãoDisperso — | Floclante AT coagulanteA [TT Nenhum —[) [3 | NãoDisperso — | Coagulante KT | Floculante PT Nenhum — | 4 —|NãoDisperso — | Floculante BT Cosgulame Bag Coagulante B | 3 Floculante BP a [6 —[oisperso ——— | Flocutantea 15 —[Coaguanea [4 [Nenhum | Floculante À | 1,5 |8 —|NãoDisperso — | FloculanteA | 9 NaoDisperso — | Coagulante A [7 | Floculante À E Stalok 400 Amido catiônico disponível da Tate & Lyle, Decatur, IL, EUA Floculante copolimero aniônico de acrilamida e acrilato de sódio com um VRE de. cerca de 32 dig e um teor de carga de 29 mois % disponiveis em Nalco Co, Floculante À Naperville, IL, EUA, Floculante copolimero catiônico de sal quaternário de cloreto de acrilamida- dimetilaminçetito metacrilato- metila com uma VRE de cerca de 25 di/g e um teor de Floculante B carga de 20% disponiveis em Nalco Co., Naperville, IL EUA, Coagulante catiônico poli(cloreto de dialidimetilamônio) com uma VRE de cerca de Coagulante À 0,7 dLig disponível em Nalco Co, Naperville, 1L, EUA, Copolimero sódio aniônico de acrilato de acrilamida com uma VRE de cerca de 1,8 dL/g e um teor de carga de 6 mol % disponível a partir de Nalco Co., Naperville, IL Coaguiante B EUA.
Micraparticula aniônica de borosilicato coloidal disponível a partir de Nalco Co, Micropartícuta B Napervílle, IL EUA, Tabela 11. Características de flocos de carga no MCL máximo ou 0 min sob corte de 1.500 rpm.
Exemplo] MEL (um) [D(v,0,1) (um) [D(v,9,5) (um)] Div09) (um) 16,81 13,48 32,08 98,92 2,66 | 0,83 18,52 18,46 43,91 90,86 0,51 38,61 147,73 240,04 0,36 Tabela III.
Características de flocos de carga após 4 minutos sob corte de 1,500 rpm, se a os e : Pri e ss e oe e so) ; Tabela IV. Características de flocos de carga após &8 minutos sob corte de 1.500 rpm. os as eo se FA os A Como mostram as Tabelas II a S IV, 0os flocos de carga formados no Exemplo 1, onde apenas amido catiônico foi utilizado, não são estáveis ão corte. Por outro lado, os flocos de carga formados por múltiplos polímeros apresentam maior estabilidade àão corte, como demonstrado nos exemplos 2-9. Os exemplos 2, 4, 6 e 8 | 10 mostram flocos de carga preparados de acordo com este Pedido l de Patente de Invenção e os exemplos 3, 5, 7 e 9 mostram
| flocos de carga preparados usando os métodos existentes.
Os flocos de carga preparados de acordo com o presente Pedído de Patente de Invenção têm, geralmente, distribuições estreitas de tamanho de partícula depois de serem cortado (como mostrado pelos menores valores de amplitude e uniformidade nas Tabelas III e IV) em comparação com aqueles formados pelos métodos existentes, Exemplo 10 O propósito deste exemplo foi avaliar os efeitos de diferentes tamanhos de flocos de PCC sobre as propriedades físicas do papel toalha.
As amostras de PCC foram obtidas utilizando o procedimento descrito no Exemplo 2, exceto o nível de sólidos do PCC que foi de 2%. Quatro amostras de flocos de carga pré-floculados (10-A, 10- B, 10-C e 10-D) foram preparadas com diferentes tamanhos de partículas por meio do corte a 1500 rpm em tempos diferentes.
Os tempos de corte e características de tamanho de partículas resultantes estão listados na Tabela V. o material espesso com consistência de 2,5% foi preparado a partir de 80% de celulose de fibra currca seca e 20% de fibras recicladas obtidas do American Fiber Resources (AFR) LLC, Fairmont, WV.
A madeira foi refinada para uma franqueza de 300 mL do Padrão Freeness Canadian Standard (TAPPI T 227 Método de Teste om-94) em um Valley Beater (da Voith Sulzer, Appleton, WI). O material espesso é diluído com água da torneira à consistência de 0,5%.
os papéis toalha foram preparados pela mistura de 650 mL de suprimento com consistência 0,5% a 800 rpm em um frasco dinâmico para drenagem com à tela de fundo coberta por uma folha plástica sólida para impedir a drenagem.
O frasco dinâmico para drenagem está disponível no mercado pelo Laboratório de Consultoria Química de Papel, Inc., Carmel, NY, A mistura foi iniciada e 1g de uma das amostras de PCC foi adicionada | após 15 segundos, seguida de 6 lb/ton (com base no produto) de solução de cloreto de polialumínio GC7503 (disponível no mercado pela Gulbrandsen Technologies, Clinton, NJ, EUA) em 30 segundos, 1 lb/tcon (com base no produto) de um floculante de copolímero de acrilamida e acrilato de sódio com uma VRE de cerca de 32 dl/g e um teor de carga de 29 mols % (disponível no mercado pela Nalco Company, Naperville, IL, EUA) em 45 segundos, e 3,5 1b/ton (ativo) de uma micropartícula de borosilicato (disponível pela Nalco Company, Naperville, IL EUA) em 60 segundos.
A mistura foi interrompida em 75 segundos e o suprimento foi transferido para à caixa de deckle de um molde de papel toalha da Noble & Wood.
O papel toalha de 8" x &" foi formado por drenagem por meio de uma malha formada com 100 arames.
O papel toalha foi recostado a partir do molde de arame para à folha colocando dois mata- borrões e uma chapa de metal no papel toalha molhado, pressionando a rolo com seis passadas de um rolo metálico de 25 1b.
O arame resultante e um mata borrão foram removidos e o papel toalha foi colocado entre dois novos macta-borrões e foi aplicada a prensa a 50 psig utilizando uma prensa de rolo. Todos os mata-borrões foram removidos e o papel toalha passa por um processo de secagem por 60 segundos (lado superior virado para a superfície de secagem) utilizando um secador de tambor rotativo configurado em 104ºC. O peso médio base de um papel toalha foi de 84 g/mº. O molde do papel toalha, prensa de rolo e secador de tambor rotativo estão disponíveis no mercado pela Adirondack Machine Company, Queensbury, NY. São produzidos cinco papéis toalha replicados para cada amostra de PCC testada.
Os papéis toalha finalizados foram armazenados durante a noite sob as condições de padrão TAPPI [Associação Técnica da Indústria de Papel e da Polpa) de umidade relativa de 50% e 23ºC., Para cada folha, o peso 155 base foi determinado utilizando o método de teste TAPPI T 410 oOm-98, o teor de cinzas foi determinado utilizando o método de teste TAPPI T 211 om-93, o brilho foi determinado Í utilizando o método de teste ISO 2470:1999, a opacidade foi | determinada utilizando o método de teste ISO 2471:1998. A | formação da folha, uma uniformidade da medida de peso base, | foi determinada usando um analisador de formação Kajaaniº da Metso Automation, Helsinque, FI, Os resultados a partir dessas medições estão listados na Tabela VI. A resistência à tração das folhas foi medida utilizando o método de teste TAPPI T 494 om-01, o Scott Bond foi medido utilizando o método de reste TAPPI T 569 pm-00 e a resistência à tração no eixo-z (ZDT) foi medida utilizando o método de teste TAPPI T 541 om-89, Estes resultados estão listados na Tabela
| S<Aâáii O O “O 30/42 | VII. Tabela V. Características de tamanho do floco de carga para as amostras de 10-A até 10-E. A amostra 10-E é uma suspensão de PCC não tratada. Exemplo | Tempo | MÉL(um) [D(v;0,1)(um)] D(v,0,5) (um) | D(v,0,9) (um) | Alcance | Uniformidade de Cisalh. (s) 10C | 450 45,1 87,4 14 0,44 Tabela VI. Propriedades óticas das folhas com diferentes tamanhos de flocos de carga. PCC do Ex | Pesobase |Teordecinzas| Opacidade 80g/m? (% Brilho — (%1SO) Índice de No. (g/m2?) (%) 180) formação o = >
SE o Sa > = Tabela VII. Propriedades de resistência mecânica das folhas com diferentes tamanhos de flocos de carga. re area RA as PCC do Ex. ZDT Scott Bond (psi)| Indice de Iração. TEA ZDT Scott Bond| Índice de TEA No. (kPa) (N-m'g) (N.cm/om?) tração EE e es e pos DO Fo E es a ————————————mmnmn—
NB MM 31/42 Como mostra à Tabela V, O tamanho dos flocos de carga diminui à medida que o tempo aumenta em 1.500 rpm de corte, demonstrando a viabilidade para o controle do tamanho dos flocos de carga pelo tempo sob alto corte.
Os papéis toalha preparados a partir de cada uma das quatro cargas pré-floculadas (10-A a 10-D) e a carga não tratada (10-E) têm teores de cinzas e peso base quase que equivalentes, como demonstra a Tabela VI.
Aumentar o tamanho do floco de carga não interfere no brilho, mas diminuiu ligeiramente à formação e Opacidade das folhas.
A resistência mecânica das folhas, medida pela resistência à tração no eixo-z, o Scott Bond, e o índice de tração e absorção de energia de tração (TEA) aumentaram significativamente com o aumento do tamanho do floco de 15" carga.
Isso é mostrado na Tabela VII.
Em gexal, flocos de carga de PCC de tamanho mediano grande causam o aumento resistência da folha.
Na prática, uma ligeira perda de opacidade pode ser compensada pelo aumento constante do teor de PCC da folha com relação à melhor resistência da folha,
| 20 Em pelo menos uma configuração, | um método de pré-floculação de partículas de carga para uso em processos de fabricação de papel compreende: a) fornecimento de uma pasta fluida aquosa de partículas de carga; b) adição de um primeiro agente floculante para a dispersão em condições de alta mistura; d) adição de um segundo agente floculante em condições de alta mistura em uma quantidade Suficiente para iniciar à floculação das partículas de carga na presença do primeiro agente floculante; e e) opcionalmente, corte da dispersão floculada para fornecer uma dispersão de flocos de carga para ter o tamanho de partícula desejado.
De preferência, o primeiro agente floculante é um dos floculantes aniônicos descritos anteriormente.
De preferência, o segundo agente floculante é um dos floculantes catiônicos descritos anteriormente.
Os dois floculantes podem cada um ter um alto peso molecular e uma densidade de carga de baixa a média.
Sem se limitar pela teoria ou 10º projeto, acredita-se que oO primeiro agente floculante de alto peso molecular forme uma mistura uniformemente distribuída por meio da suspensão antes da absorção.
Esta mistura uniformemente distribuída auxilia o segundo agente floculante catiônico reunindo, eficientemente, a massa que forma as partículas de carga.
Como demonstram os seguintes exemplos, o uso inovador desta configuração de dois agentes floculantes de alto peso molecular para controlar a distribuição de tcamanho de partículas por meio da suspensão produz flocos inesperadamente eficientes.
Esta configuração pode ser mais bem compreendida com referência aos exemplos 11-16, | Exemplo 11-12 o PCC escalenoédrico | (disponível no mercado pela Syncarb S NY da Omya) foi diluído à 10% de sólidos utilizando água da torneira, A distribuição do tamanho da carga foi medida em intervalos de três segundos durante a floculação utilizando uma sonda Lasentecº S400 FBRM.
A sonda a laser foi inserida em um copo de 600 ml contendo 300 mL da pasta diluída de PCC de 10%. A solução foi agitada utilizando um motor de agitação 16 IKA RE a 800 rpm por pelo menos 30 segundos antes da adição de agentes floculantes. . O primeiro agente floculante foi adicionado, como uma solução diluída, lentamente, ao longo de vários minutos com uma seringa. Quando um segundo agente floculante foi utilizado, foi adicionado de forma semelhante ao primeiro agente floculante depois da espera de 10 segundos para que o primeiro agente floculante se misturasse. A suspensão foi então agitada a 1500 rpm por 2 a 4 minutos pará o teste de estabilidade dos flocos de carga sob condições de alto corte. O ripo PCC, agentes floculantes e as doses dos agentes floculantes utilizados nestes 155 exemplos estão listados na Tabela VIII e a caracterização resultante das partículas está relacionada na Tabela IX, Exemplos 13-16 Este experimento demonstrou à viabilidade da utilização de um processo contínuo para flocular a suspensão de PCC, Um lote de 18 litros de 10% de sólidos não dispersos de PCC (disponível no mercado pela Albacar HO da Specialty Minerals Inc., Bethlehem, PA, EUA) nà água da torneira foi bombeado através de uma bomba centrífuga a 7,2 kg PCC/ min em um balde de cinco litros. A dose apropriada da solução do primeiro agente floculante foi inserida na pasta fluida de PCC na entrada da bomba centrífuga por meio de uma bomba de cavidade progressiva. O PCC é então adicionado a um misturador estático juntamente
| com a dosagem adequada do segundo agente floculante.
A distribuição de tamanho dos flocos de carga é medida utilizando o Micro Mastersizer e está relacionada na Tabela X.
A amostra resultante é exposta ao corte adicional pela circulação da amostra por meio de uma bomba centrífuga; os resultados também são apresentados na Tabela X.
Os resultados apresentados nas Tabelas IX-X destacam às vantagens do tratamento duplo do floculante, Os exemplos 12, 14-6 demonstram a melhora da estabilidade ao corte como indicado por um percentual menor de volume de partículas com tamanho inferior a 10 míocrons.
Descobriu-se que estas amostras eram superiores aos exemplos 11 e 13. Tabela VIII.
Tipo do carbonato de cálcio, descrições do 15º agente floculante e doses do agente floculante.
Mieroparicula Dose Tipo do Carbonato.
Dose Dose (lbito Ex de cálcio Nome oton! Nome: ib/ton) n) PCC Não Disperso — | Flocuiame A 2-- | cosguamen [7 nennum — | PCC Não Disperso — | Floculante À Flocutante 8 PCC Não Disperso — | Floculante À Coagulante A [15 nenem TO) |14 | FPCCNãoDisperso | Floculameà Floculante B PR Ea A FCC Não Disperso — | Floculante À 1 — ] FoculanteC 1 PCC Não Disperso Tamo A o FloculanteB Floculánte copolimero aniônico de acrilamida e acrilato de sódio com um VRE de cerca de 32 Floculante À di'g e um teor de carga de 29 moles % disponiveis em Nalco Co., Naperville, IL, EUA.
Floculante copolimero catiônico de sal quaternário de cloreto de acrilamida- dimetilaminoetito metacriato- metila com uma VRE de cerca de 25 di/g eum teor de carga de 10% disponíveis Floculante B em Naico Co., Naperville, IL EUA.
Floculante copolimero catiônico de sal quaternário de cloreto de acrilamida- dimetilaminoetilo melacrilato- metila com uma VRE de cerca de 25 di/g e um teor de carga de 20% disponíveis Floculante O em Naíco Co., Naperville, IL EUA.
Coagulante catiônica poli(cioreto de diatildimetilamônio) com uma VRE de cerca de 0,7 dL/g Coagulante À disponivel em Nalca Co., Naperville, IL, EUA.
Microparticula aniônica de borosilicato coloida! disponivel a partir de Nalco Co., Naperville, IL Microparticula À EUA.
Tabela IX, Características das amostras de carbonato de cálcio floculado nos exemplos 11 e 12 conforme preparado a 800 rpm e sob subsequente corte a 1.500 rpm.
, = - PN Tempo em Div.0,1) Div,0,5) (um) Div/0,9) (um) Vo! % < 10 (pum) Alcance ? 1500 rom (pm) (min) Fr A O EO LE o sa e a a Bo
LL A nv E REA A Ana 19 13 e Lo
DA Tabela X. Características das amostras de carbonato de cálcio floculado nos exemplos 13 a 16. No. de passagens pela Div,0,1) (um) | D(v05) (pum) Div.0,8) (um) | Vol%<10(um) bomba LB o E O E A E EC a ug Bo ams ow 1394 Ls a eg so og | 143 | | Lo [5 3 16 3 A as ag rs gg gg gg o Pe a Bag ag 35 6 1,50 a Ag gs a TSE Ed 80 no ns | Fies de | 1,54 Pelo menos uma configuração é um método para pré-flocular cargas que têm sido dispersas 5 utilizando um agente dispersante aniônico de carga elevada e baixo peso molecular. O método consiste em a) proporcionar uma suspensão aquosa de partículas de carga anionicamente dispersas; b) adição de um coagulante de baixo peso molecular para a dispersão, a fim de neutralizar, total ou parcialmente a carga no sistema; c) adição de um bprimeiro agente floculante para a dispersão em condições de alta mistura; d) adição de um segundo agente floculante (pode ser fes o o-"9tº!! )jê la“ “”bYGI“”ÂÚmIw06IAA2 Aa AA 22 !)7mH? AP) n AÔAA0Ib P PU]Ãi AAA sr ]GPZ|2M““*M 36/42 um coagulante ou floculante) para a dispersão em condições de alta mistura, e e) opcionalmente, corte da dispersão floculada para fornecer uma dispersão de flocos de carga com o tamanho desejado da partícula.
De preferência, componente de baixo peso molecular neutralizador da carga é um coagulante, conforme descrito anteriormente. De preferência, o primeiro agente floculante é um floculante aniônico ou catiônico, como descrito anteriormente. De preferência, o segundo agente floculante ou é um coagulante ou floculante com a carga oposta ao primeiro agente floculante. Isto pode ser mais bem compreendido com referência aos exemplos 17 a 20 a seguir: Exemplos 17-20 O carbonato de cálcio de solo disperso (GCC) utilizado nos exemplos é Hidrocarboneto HO G- ME ou Omyafil 90 da Omya. O GCC disperso, obtido como 65% de suspensão de sólidos, é diluído em 10% de sólidos com água de torneira. A distribuição do tamanho da carga é medida em três intervalos de um segundo durante à floculação utilizando uma sonda Lasentecº S400 FBRM (Medição de Reflectância com Feixe Focado), conforme descrito nos Exemplos 1-7. A sonda a laser é inserida em um copo de 600mb contendo 300mL de 10% de pasta fluida de PCC. A solução é agitada utilizando um motor de agitação IKA REl6, 800 rpm por pelo menos 30 segundos antes da adição de agentes floculantes.
ú —SSSSSSSSSSSSSSS
O polímero de neutralização é adicionado lentamente ao longo de cerca de alguns minutos. O primeiro agente floculante é então adicionado lentamente ao longo de vários minutos com uma seringa. Quando um segundo agente floculante é utilizado, ele é adicionado de forma semelhante ao primeiro agente floculante depois do aguardo de 10 segundos para o primeiro agente floculante para a mistura. A pasta fluida é então agitada a 1500 rpm por 2 a 4 minutos para o teste de estabilidade dos flocos sob condições de alto corte, Tabela XI. Fonte de GCC, descrições dos agentes floculantes e doses de agentes floculantes dos exemplos 17-
20. Ex Fonte do Carbonato de Nome Dose (Ib/ton) Nome Dose Nome Dose (lb/ton) Gálcio de Solo Disperso (lbiton) Hidrocarboneto HO G-ME sen | | Coagulante À Floculante À 18 | Hidrocarboneto HO G-ME |Coagulante À | | Floculante À Coagulante À 18 | Horocarboneto HO G-ME | Nenhum Floculante 8 Omyafil 90 CoagulanteA| 15 Floculante À Coagulante À 05 Floculante À Floculante copolímero aniônico de acrilamida e acrilato de sódio com um VRE de cerca -de 32 dig e um teor de carga de 29 moles % disponiveis em Nalco CDo., Naperville, IL, EUA. Floculante B Floculante copolimero catiônico de sal quaternário de cloreto de acrilamida- dimetilaminoetilo metacrilato- metila com uma VRE «de cerçã de 25 di/g e um teor de carga de 10% disponiveis em Nalco Co., Naperville, IL EUA. Coagulante À Coaguiante catiônico poli(cloreto de dialikdimetitamônio) com uma VRE de cerca de 0,7 dl/g disponível em Nalco Co., Naperville, IL, EUA. Coagulante B. Sódio aniônico copolimero.de acrilato de acrilamida com uma VRE de cerca de 1,8 dL/g e um ! teor de carga de 6 mole % disponível a partir de Nalco Co., Naperville, IL EUA.
15. Tabela XII. Características das amostras de carbonato de | cálcio floculado nos exemplos 17-20, conforme preparado a ' | | |
800 rpm e sob corte subsequente à 1.500 rpm.
Tempo a 1500 rom DIv61) D(v,05) Div,0,9) Vol % < 10 um T õ | TB o ER) [1 | 6 | og E 13 | E ng 1008 Me Dag ge | 2 ZE A [Fome ma Bo a | E Lo A | fr e | 8) mm | 7 187 | o | 16 | | RR E Lo Era ar STE | Bi ts as ag ag NS Le A Lodo Como mostra à Tabela XT, os exemplos 18 e 20 demonstram o presente Pedido de Patente de Invenção revelado, a saber, um tratamento inicial com um S polímero neutralizador de carga seguido por dois polímeros floculantes.
Os exemplos 17 e 19 representam o uso de um coagulante seguido por um floculante.
Como mostra a Tabela XII, o GCC pré-floculado nos exemplos 18 e 20 mostra uma maior estabilidade ao corte indicado pelo maior tamanho médio de partícula D(v,0,5) na mesma quantidade de corte, Os exemplos 18 e 20 também têm uma melhor distribuição de tamanho de partículas, indicada pela menor extensão e menor percentual em volume inferior a 10 mícrons.
Exemplo 21 O objetivo desses exemplos foi o de avaliar o impacto do carbonato de cálcio de solo pré- floculado sobre as propriedades físicas das folhas de papel.
A amostra pré-floculada do Exemplo 20 foi utilizada para este fim e comparada com o Omyafil 90 não-tratado. a AM
O material espesso com uma consistência de 2,3% foi preparado a partir de 75% de celulose de fibra curta seca e 25% de celulose de fibra longa.
Ambas as celuloses foram refinadas para uma franqueza de 400 mL do Freeness Canadian Standard (Método de Teste TAPPI T 227 om-94) em um Valley Beater (da Voith Sulzer, 10 Appleton, WI). O estoque do papel foi diluído com água da torneira à consistência de 0,5%. Os papéis toalha foram prepárados por meio da mistura de 650 mL de um suprimento de consistência de 0,5% a 800 rpm em um frasco de drenagem dinâmico com a tela de fundo coberta por um filme de plástico sólido para impedir a drenagem.
O Frasco Dinâmico de Drenagem e o misturador estão disponíveis no mercado pela Paper Chemestry Consulting, Inc., Carmel, NY, A mistura foi iniciada e a amostra de GCC foi adicionada, seguida por 11 lb/ton de amido catiônico e 3 lb/tcon do agente de dimensionamento Nalco 7542 em 15 segundos e, finalmente, 0,6 lb/ton (com base no produto) de um floculante de copolímero de acrilato de sódio-acrilamida com um de VRE de cerca de 32 dl/g e um teor de carga de 29 mols % (disponível a partir da Nalco Company, Naperville, IL). A mistura foi interrompida em 45 segundos e o suprimento foi transferido para à caixa de | deckle de um molde de papel toalha da Noble & Wood.
O papel toalha de 8"x 8" foi formado por drenagem por meio de uma malha formada por 100 arames.
O papel toalha foi recostado a partir do molde de arame para à folha colocando dois mata-
borrões e uma chapa de metal no papel toalha molhado, pressionando a rolo com seis passadas de um rolo metálico de 25 lb. O arame resultante e um mata-borrão foram removidos e o papel toalha foi colocado entre dois novos mata-borrões e foi aplicada a prensa à 50 psig utilizando uma prensa de rolo. Todos os mata-borrões foram removidos e o papel toalha passa por um processo de secagem por 60 segundos (lado superior virado para à superfície de secagem) utilizando um secador de tambor rotativo configurado em 200 ºF (aproximadamente 104ºC)., O molde do papel toalha, prensa de rolo e secador de tambor rotativo estão disponíveis no mercado pela Adirondack Machine Company, Glens Falls, NY. São produzidos cinco papéis toalha replicados para cada amostra de PCC testada.
Os papéis toalha finalizados, armazenados durante à noite sob as condições de padrão TAPPI de umidade relativa de 50% e 23ºC. O peso base (método de teste TAPPI T 410 om-98), o teor de cinzas (método de teste TAPPI T 211 om-93) para a determinação do teor de PCC, brilho (método de teste 1SO 2470:1999), à opacidade (método de teste ISO 2471:1998), formação, resistência à tração (método de teste TAPPI T 494 om-01), Scott Bond (método de teste TAPFPI T 569 pm-00) e a resistência à tração no eixo-z (ZDT, método de teste TAPPI T 541 om-89) dos papéis toalha foram testados. A formação, uma medida de uniformidade do peso base, foi determinada utilizando o analisador de formação Kajaani) da Mesto Automation, Helsinki, FI.
a ——pmsms—
Tabela XII. Propriedades das folhas contendo carbonato de cálcio não-tratado de solo ou uma amostra pré-floculada como descrito no Exemplo 20. 86,0 1 28 562 49,3 135 Omyafil 90 [exemplo Dag asa e) os dados de resistência mecânica na Tabela XII indicam um aumento de 20% no índice de tração e aumento de 10% na resistência de união interna em um nível 18% de cinza para as folhas contendo carga pré- floculada produzida no Exemplo 20, em comparação com as folhas contendo GCC não-tratada.
Embora este Pedido de Patente de Invenção possa ser incorporado em muitas formas diferentes, são mostradas nos desenhos e descritas em detalhes as configurações específicas preferenciais do presente Pedido de Patente de Invenção. A presente divulgação é uma exemplificação dos princípios do Pedido de Patente de Invenção e não se destina a limitar o presente Pedido de Patente de Invenção às configurações específicas ilustradas. Além disso, o presente Pedido de Patente de Invenção abrange toda e qualquer combinação possível de algumas ou todas as configurações diversas aqui descritas, Todas e quaisquer patentes, pedidos de patentes, artigos científicos, e outras referências citadas nesta aplicação : são incorporadas por referência em sua totalidade. A informação acima se destina a ser ilustrativa e não exaustiva. Esta descrição irá sugerir muitas variações e alternativas para uma das habilidades comuns nesta arte. Todas essas alternativas e variações são destinadas a serem incluídas no âmbito das reivindicações onde o termo "compreende" significa "incluíndo, mas não limitado a". Aqueles que estão familiarizados com a técnica podem reconhecer outras configurações equivalentes específicas descritos neste documento que também se destinam a ser abrangidas pelas reivindicações.
É |
Claims (1)
- V5REIVINDICAÇÕES1. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDOUMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL”, caracterizado pelo fato de compreender: a) fornecimento de uma dispersão aquosa de partículas de carga; b) adição de um primeiro agente floculante para a dispersão de uma quantidade sufíciente | para misturar uniformemente na dispersão sem causar uma | 10 floculação significativa das partículas de carga, sendo o | primeiro agente floculante um floculante; c) a adição de um segundo agente floculante para à dispersão depois da adição do primeiro agente floculante, em quantidade suficiente para iniciar a floculação das partículas de carga na presença do primeiro agente floculante, sendo o segundo agente floculante de carga oposta ao primeiro agente floculante; e d) opcionalmente, corte da dispersão floculada para fornecer uma dispersão de flocos de carga contendo o tamanho de partícula desejado. | 20 2. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDO | UMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA | USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL", de acordo com à reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os flocos de carga tenham um tamanho de partícula médio de 10 a 100 (um).3. "MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDOUMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA LL —.s|ss=-—m-—-"Ô"-O 25 USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a carga seja selecionada do grupo constituído por carbonato de cálcio, argila de caulim, talco, dióxido de titânio, alumina tri- hidratada, sulfato de bário e hidróxido de magnésio. 4, “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDOUMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo agentes de floculação sejam floculantes tendo um de VRE de pelo menos 2 dL/9.5. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDOUMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro agente floculante seja aniônico.6. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDOUMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro agente floculante seja um copolínmero de acrilamiída e acrilato de sódio.7. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDOUMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA Cn —s».s»cuq.s-QNQQn——t s | USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o segundo agente floculante seja selecionado da lista consistindo de copolímeros de acrilamida com DMAEM, DMAEA, DEAEA, DEAEM,.8. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS CONTENDOUMA DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ESPECÍFICAS PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL”, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo agente floculante seja em forma de sal de amônio quaternário feito com um sal selecionado da lista composta de sulfato de dimetilo, cloreto de metila, cloreto de benzila e suas combinações.9. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMADISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUEFORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL", caracterizado pelo fato de compreender: a) fornecimento de uma suspensão aquosa de partículas de carga anionicamente dispersas; b) adição de uma composição de baixo peso molecular para a dispersão, sendo que a composição adicionada de baixo peso molecular, pelo menos parcialmente, neutralize a carga da dispersão; c) a adição de um primeiro agente floculante para à dispersão sob condições de alta mistura; d) adição de um segundo agente floculante para a dispersão sob condições de alta mistura, sendo que o segundo agente floculante compreende um item selecionado da lista composta por: um floculante, um coagulante, uma micropartícula, e as combinações dos mesmos; O...» M===s-p—pqQueqe.o | 45 e e) opcionalmente, corte da dispersão floculada para fornecer uma dispersão de flocos de carga contendo o tamanho de partícula desejado.10. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DEUMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUEFORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL", de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que à composição de baixo peso molecular seja um coagulante.11. "MÉTODO DE PREPARAÇÃO DEUMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUEFORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL", de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o primeiro 15º agente floculante seja aniônico.12. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DEUMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUEFORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL”, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o segundo agente floculante tenha uma carga, que seja oposta à carga do primeiro agente floculante.13. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DEUMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUEFORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRI CAÇÃO DE PAPEL", de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os flocos de carga tenham um tamanho de partícula médio de 1 a 10 (gm), E —SL[ILSSSS]-.ss i : | | |14. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DEUMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUEFORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL”, de acordo com a . reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a carga é selecionada do grupo constituído por carbonato de cálcio, argila de caulim, talco, dióxido de titânio, alumina tri- hidratada, sulfato de bário e hidróxido de magnésio,15. “MÉTODO DE PREPARAÇÃO DEUMA DISPERSÃO ESTÁVEL DE PARTÍCULAS DE CARGA FLOCULADAS QUEFORAM DISPERSAS UTILIZANDO UMA ALTA CARGA PARA USO EM PROCESSOS DE FABRICAÇÃO DE PAPEL”, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a composição de baixo péso molecular seja um coagulante catiônico, sendo 1 que o primeiro agente floculante seja um floculante aniônico, o segundo agente floculante é um floculante ' catiônico, e ambos os floculantes têm um peso molecular de pelo menos 1,000.000, 1Í | | a ————————.————— ss| |O co = 8O O Oo 2 q 8 oT OQ E x | Ss TE Ss É NS 2 O Ns : - oO 8 $ 8 R 2 º (WT) 19IW
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