ES2158190T5 - Agentes de encolado del tipo 2-oxetanona y su preparacion y uso. - Google Patents

Agentes de encolado del tipo 2-oxetanona y su preparacion y uso.

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Abstract

UNA COMPOSICION DE DIMENSIONAMIENTO PARA PAPEL FINO QUE NO ES SOLIDO A 35 GRADOS C, QUE INCLUYE UNA MEZCLA DE COMPUESTOS DE 2OXETANONA QUE SON EL PRODUCTO DE REACCION DE UNA MEZCLA QUE INCLUYE APROXIMADAMENTE 10-85 MOLES % DE ACIDOS GRASOS SATURADOS Y APROXIMADAMENTE 90-15 MOLES % DE ACIDOS GRASOS INSATURADOS, Y LA PREPARACION Y USO DE LA MISMA. EL PAPEL HECHO CON LA COMPOSICION DE DIMENSIONAMIENTO NO SE TOPA CON PROBLEMAS DE ALIMENTACION EN LA MAQUINARIA EN LAS OPERACIONES DE CONVERSION O REPROGRAFICAS DE ALTA VELOCIDAD.

Description

Agentes de encolado del tipo 2-oxetanona y su preparación y uso.
La presente invención se refiere al uso de papel alcalino en operaciones de conversión o reprografía de alta velocidad, estando el papel encolado con una composición de encolado particular.
La cantidad de papel fino producido bajo condiciones alcalinas ha ido creciendo rápidamente, estimulada por los ahorros de costes, la capacidad de utilizar carbonato de calcio precipitado, por una creciente demanda para la permanencia y brillo del papel mejorado, y por una creciente tendencia a cerrar la etapa húmeda de la máquina para fabricar papel.
Las aplicaciones actuales del papel fino, tales como fotocopias de alta velocidad, sobres, impresos unidos que incluyen papel para impresora de ordenador, y papel para máquinas de sumar, requieren una atención particular de encolado antes de su transformación o uso final. Los agentes de encolado más comunes para papel fino hecho bajo condiciones alcalinas son anhídridos alquenil-succínicos (ASA) y dímeros de alquil-cetena (AKD). Ambos tipos de agentes de encolado tienen un grupo funcional reactivo que se une de forma covalente a la fibra de celulosa y a los terminales hidrófobos que están orientados hacia afuera de la fibra. La naturaleza y orientación de estos terminales hidrófobos dan lugar a que la fibra repela el agua.
Los AKD comerciales que contienen un anillo de \beta-lactona, se preparan por dimerización de las alquil-cetenas hechas a partir de dos cloruros de ácido graso saturado, de cadena lineal; preparándose el más ampliamente usado a partir del ácido palmítico y/o esteárico. También se han utilizado comercialmente otros dímeros de la cetena, tales como el dímero de cetena de base alquenílica (Aquapel® 421, que se puede conseguir de Hercules Incorporated, Wilmington, DE, EE.UU.). En el documento JP-A-168992/89 se han descrito multímeros que contienen más de un anillo de \beta-lactona.
Aunque los agentes de encolado de AKD tienen éxito comercialmente, también tienen inconvenientes. Este tipo de agentes de encolado se ha asociado con problemas de manipulación en las típicas operaciones de transformación a alta velocidad requeridas para los actuales usos del papel fino hecho bajo condiciones alcalinas (referido como papel fino alcalino). Los problemas incluyen una velocidad de operación reducida en las prensas para impresos y otras máquinas de transformación, dobles alimentaciones o atascos en las copiadoras de alta velocidad, y soldadura del papel o errores de registro en la impresión y en los equipos de plegado de sobres que operan a alta velocidad.
Estos problemas no se asocian normalmente con el papel fino producido bajo condiciones ácidas (papel fino ácido). Los tipos de carga y los niveles de adición de carga, utilizados para hacer papel fino alcalino, difieren significativamente de los utilizados para hacer el papel fino ácido, y pueden dar lugar a diferencias en las propiedades del papel, tales como rigidez y coeficiente de fricción, que afectan a la manipulación del papel. Los niveles de adición de alumbre en el papel fino alcalino, que contribuyen a la conductividad de la hoja y a la disipación de la carga estática, también difieren significativamente de los utilizados en el papel fino ácido. Esto es importante porque las propiedades eléctricas del papel afectan a su comportamiento en la manipulación. Con frecuencia se añade cloruro de sodio a la superficie del papel fino alcalino para mejorar su comportamiento en su uso final.
Los problemas típicos con los que tropieza la transformación y la manipulación en su uso final del papel fino alcalino afectan a:
1.
Propiedades del papel relacionadas con la composición de las materias primas.
2.
Propiedades del papel desarrolladas durante la formación del papel; y
3.
Problemas relacionados con el encolado.
Las propiedades del papel afectadas por la fabricación del papel bajo condiciones alcalinas que pueden afectar a la transformación y al comportamiento en su uso final incluyen:
\bullet
Rizado
\bullet
Variación en el coeficiente de fricción
\bullet
Contenido de humedad
\bullet
Perfil de humedad
\bullet
Rigidez
\bullet
Estabilidad dimensional
\bullet
Relación de resistencias MD/CD.
Se ha identificado y medido un problema semejante según se describe en "Improving the Performance of Alkaline Fine Paper on the IBM 3800 Laser Printer", (Mejora del comportamiento del papel fine alcalino en la impresora láser IBM 3800). TAPPI Paper Makers Conference Proceedings (1991). El problema se da al utilizar una impresora láser de alta velocidad, para impresos continuos, IBM 3800, que no tiene modificaciones especiales destinadas a facilitar la manipulación de papel fine alcalino. Esa impresora láser, comercialmente significativa, puede por lo tanto servir como eficaz dispositivo de prueba para definir la capacidad de transformación de diversos tipos de papel encolado en los equipos de transformación, según el estado actual de la tecnología, y su posterior comportamiento en su uso final. En particular, el fenómeno de "ondulación" da una indicación medible del grado de deslizamiento en la impresora IBM 3800 entre el rodillo no conducido al otro lado del cabezal de impresión y el rodillo conducido encima del dispositivo receptor.
Esta ondulación implica una divergencia del recorrido del papel desde la línea recta entre los rodillos, que está cinco centímetros por encima de la placa base, dando lugar a errores de registro y a pliegos caídos sobre el dispositivo receptor. El grado de ondulación durante el tiempo de funcionamiento en estado estacionario se mide como la altura en centímetros por encima del recorrido del papel recto después de 600 segundos de tiempo de funcionamiento y multiplicado por 10.000.
El típico papel fino alcalino encolado con AKD, que utiliza un suministro de cola de 1 kg por 0,9 toneladas métricas, muestra un grado de ondulación inaceptable, típicamente del orden de 50 a 200. Las velocidades de manipulación en otras máquinas de transformación a alta velocidad, tal como una prensa de impresos continuos Hamilton-Stevens o una plegadora de sobres Winkler & Dunnebier CH, proporciona también medidas numéricas de la capacidad de transformación.
Los documentos JP-A-4-36258 y JP-A-4-36259 describen compuestos de 2-oxetanona hechos a partir de cloruros de ácido graso basados en ácidos carboxílicos saturados, ácidos carboxílicos insaturados, y en mezclas, pero no se proporcionan ejemplos específicos de utilización de los compuestos insaturados o de las mezclas. Además, los ácidos grasos son materiales naturales y, con frecuencia, no son puros.
El documento EP-A-0 666 368 describe agentes de encolado para papel que comprenden dímeros y multímeros de 2-oxetanona que no son sólidos a 35ºC. Los agentes de encolado preferidos contienen insaturación o ramificación de cadena en las cadenas hidrocarbonadas colgantes. El documento EP-A-0 629 741 describe agentes de encolado de 2-oxetanona que comprenden una mezcla de dímeros y multímeros, donde al menos al 50% de los compuestos en la mezcla son multímeros. Ambas solicitudes reivindican comportamientos mejorados en las máquinas reprográficas y de transformación a alta velocidad comparadas con el encolado obtenido con los dímeros estándar de alquil-
cetena.
El documento EP-A-0624579 describe un procedimiento para hacer un dímero de alquil-cetena mediante la reacción de deshidrohalogenación del cloruro de ácido graso alifático C_{8}-C_{32} con una amina terciaria en un disolvente inerte, comprendiendo el disolvente al menos el 30% de uno o más hidrocarburos oxigenados seleccionados de ésteres, cetonas y ésteres aromáticos. Según un ejemplo, se prepara un dímero de alquilo a partir de cloruro de oleoílo que, a su vez, se hizo a partir de un material de alimentación del ácido graso Emersol 213 de Henkel-Emery, que es una mezcla de ácidos grasos formados a partir de aproximadamente 82% de ácidos insaturados C_{18}, 6% de ácidos insaturados C_{16}, 3% de ácidos insaturados C_{14} y 9% de ácidos saturados C_{14}-C_{17}.
El documento de patente JP-A-2-33392, publicado el 2 de febrero 1990 divulga una composición de encolado que contiene un compuesto dímero de ceteno que es producido a partir de una composición de ácidos grasos que contiene aproximadamente 25% en moles de ácidos grasos saturados (ácidos mirístico y palmítico) y el resto, 75% en moles de ácidos grasos insaturados (ácido oleico). El agente de encolamiento puede ser aplicado a un papel hecho a un pH de 8.0.
En el documento "TAPPI Neutral/Alkaline Papermaking Short Course (1990)", páginas 67-70, se divulgan los efectos de encolar papel alcalino con emulsiones dímeras de alquilceteno, en particular el impacto de tal encolamiento sobre los usos finales tales como papel reprográfico y conversión a papel de pliegos continuos para impresos. Esta referencia enseña que los problemas en el uso final causados por los agentes de encolamiento dímeros de alquilceteno deben ser resueltos reformulando la emulsión de encolamiento. Esta referencia también enseña la deseabilidad de minimizar la cantidad de agente de encolamiento añadido al papel.
Sin embrago, todavía existe la necesidad de papel fino alcalino que proporcione un comportamiento mejorado en la manipulación en las típicas operaciones reprográficas y de transformación. Al mismo tiempo, los niveles de necesidad de desarrollo del encolado serán comparables con los obtenidos con los niveles actuales de materia prima del AKD para el papel fino alcalino.
Según la presente invención, se proporciona el uso de papel alcalino en operaciones de conversión o reprografía de alta velocidad, estando el papel encolado con una composición de encolado que no es un sólido a 35ºC, y que comprende una mezcla de compuestos de 2-oxetanona que son el producto de reacción de una mezcla de ácidos grasos que comprende aproximadamente 10-85% en moles de ácido graso saturado de cadena lineal; y 90-15% en moles de ácido graso insaturado.
Según una realización preferida, los compuestos de 2-oxetanona son el producto de reacción de (a) un material de alimentación que comprende principalmente ácido graso insaturado y (b) un material de alimentación que comprende principalmente ácido graso saturado, de cadena lineal.
En una realización preferida, los compuestos de 2-oxetanona son dímeros de oxetanona. En otra realización preferida, el componente (c), un ácido alquil-dicarboxílico, está presente en la mezcla de reacción. Si (c) está presente, los compuestos de 2-oxetanona son una mezcla de dímeros y multímeros.
Preferiblemente, los ácidos grasos comprenden aproximadamente 20-60% en moles de ácido graso saturado y aproximadamente 80-40% en moles de ácido graso insaturado, más preferiblemente 30-55% en moles de ácido graso saturado y aproximadamente 70-45% en moles de ácido graso insaturado.
Preferiblemente, la composición de encolado de 2-oxetanona no es sólida a 25ºC, más preferiblemente no es sólida a 20ºC. Preferiblemente, la composición es líquida a 35ºC, más preferiblemente es líquida a 25ºC, y muy preferiblemente es líquida a 20ºC.
Preferiblemente, el ácido graso es un ácido monocarboxílico o haluro de ácido monocarboxílico que tiene 6-26 átomos de carbono, más preferiblemente 12-22 átomos de carbono, y muy preferiblemente 16-18 átomos de carbono.
Preferiblemente, el ácido graso saturado de cadena lineal se selecciona del grupo consistente en los ácidos y cloruros de ácido esteárico, mirístico, palmítico, margárico, pentadecanoico, decanoico (cáprico), undecanoico, dodecanoico (láurico), tridecanoico, nonadecanoico, araquídico, y behénico, y sus mezclas. Preferiblemente, el ácido graso insaturado se selecciona del grupo consistente en los ácidos y cloruros de ácido oleico, linoleico, dodecenoico, tetradecenoico (miristoleico), hexadecenoico (palmitoleico), octadecadienoico (linolelaídico), octadecatrienoico (linolénico), eicosenoico (gadoleico), eicosatetraenoico (araquidónico), docosenoico (erúcico), docosenoico (brassídico), y docosapentaenoico (clupanodónico), y sus mezclas.
Preferiblemente, el material de alimentación del ácido graso saturado, de cadena lineal, comprende al menos 80%, en moles, de ácido graso saturado y el material de alimentación del ácido graso insaturado comprende al menos 70%, en moles, de ácido graso insaturado, más preferiblemente al menos aproximadamente 95% en moles de ácido graso saturado, de cadena lineal, al menos aproximadamente 90% en moles de ácido graso insaturado, respectivamente.
Preferiblemente, la relación en moles del material de alimentación del ácido graso insaturado respecto al material de alimentación del ácido graso saturado, de cadena lineal, es aproximadamente 1:1-4:1, preferiblemente aproximadamente 1:1, aproximadamente 1:4 o aproximadamente 7:3.
Preferiblemente, según una realización, el producto es un dímero de 2-oxetanona. Preferiblemente, según otra realización, la mezcla de reacción adicionalmente comprende (c), un ácido alquil-dicarboxílico que tiene 6-44 átomos de carbono. Preferiblemente, el ácido dicarboxílico tiene 8-36 átomos de carbono, más preferiblemente 9-10 átomos de carbono.
En una realización preferida, el producto es un dímero de 2-oxetanona. En otra realización preferida, también se hace reaccionar (c), al menos un ácido dicarboxílico que tiene 8-44 átomos de carbono.
La invención se refiere a papel hecho bajo condiciones alcalinas, y encolado con la composición de encolado anteriormente mencionada. Según una realización preferida, el papel comprende también una sal inorgánica, soluble en agua, de un metal alcalino, preferiblemente NaCl. La invención también está dirigida a utilizar el papel en operaciones reprográficas o de transformación a alta velocidad.
El papel para usar en esta invención es capaz de desempeñar su cometido sin encontrar problemas significativos en la alimentación de la máquina en las operaciones reprográficas y de transformación a alta velocidad. Los problemas de alimentación de la máquina en las máquinas de transformación a alta velocidad, o durante las operaciones reprográficas, se definen como significativas en cualquier transformación específica, o aplicación reprográfica, si originan fallos en la alimentación, pobre registro, o atascos en un grado comercialmente inaceptable como se discutirá más adelante, u origine que la velocidad de la máquina se reduzca significativamente.
En este documento, por conveniencia, se utiliza con frecuencia "ácido graso" para referirse a un ácido graso o un haluro de ácido graso. La persona con experiencia normal en la técnica reconocerá que esto se utiliza aquí cuando se refiere a ácidos grasos para su uso en las composiciones de encolado, ya que los ácidos grasos se transforman en haluros de ácido en la primera etapa de elaboración de los compuestos de 2-oxetanona, y que la invención puede ponerse en práctica partiendo de ácidos grasos o de ácidos grasos ya transformados en sus haluros de ácido. Además, la persona con experiencia normal en la técnica reconocerá fácilmente que "ácido graso" se refiere generalmente a una combinación o mezcla de ácidos grasos o haluros de ácidos grasos, ya que los ácidos grasos se derivan generalmente de materiales naturales y por eso, normalmente, son combinaciones o mezclas.
Los agentes de encolado alcalino usados en esta invención que dan niveles de encolado comparables a los obtenidos con la actual tecnología de encolado comercial con AKD y un comportamiento mejorado de manipulación en su uso final típico y en las operaciones de transformación, tienen al menos un grupo 2-oxetanona reactivo y grupos hidrocarbonados hidrófobos colgantes. La mezcla de compuestos de 2-oxetanona no es un sólido a 35ºC (ni sustancialmente un sólido cristalino, semicristalino o de consistencia parafínica, es decir, fluye al calentar sin calor de fusión). Preferiblemente, la mezcla de compuestos de 2-oxetanona no es un sólido a 25ºC, más preferiblemente incluso a 20ºC. Incluso más preferiblemente, el agente de encolado según la invención es un líquido a 35ºC, más preferiblemente a 25ºC y muy preferiblemente a 20ºC. Las referencias a "líquido" se aplican, desde luego, al agente de encolado per se y no a una emulsión u otra composición.
La mezcla de compuestos de 2-oxetanona se prepara utilizando métodos conocidos de preparación de dímeros de cetenas estándar. En la primera etapa, los cloruros de ácido se forman a partir de una mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados, o una mezcla de ácidos grasos y un ácido dicarboxílico en el caso de multímeros, utilizando PCl_{3} u otro agente clorante. Los cloruros de ácido se dimerizan luego en presencia de aminas terciarias (que incluyen trialquilaminas y alquilaminas cíclicas), preferible trietil-amina, para formar el dímero o multímero de cetena. Las emulsiones estables de estos agentes de encolado se pueden preparar de la misma forma que las emulsiones estándar de AKD.
Los ácidos grasos utilizados para preparar los compuestos de 2-oxetanona de esta invención están descritos anteriormente.
Se puede utilizar un, o más de un, ácido graso saturado o insaturado. La mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados puede resultar del empleo de alimentaciones separadas, una de las cuales comprende principalmente ácido graso saturado y la otra comprende principalmente ácido graso insaturado, o se puede utilizar una alimentación que comprende una mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados. Los materiales de alimentación adecuados que comprenden principalmente ácidos grasos insaturados incluyen, por ejemplo, los ácidos grasos Emersol 221, que se puede conseguir de Henkel-Emery, Cincinnati, OH. El Emersol 221 es una mezcla de, principalmente, ácido oleico y otros ácidos grasos insaturados y una pequeña cantidad de ácidos grasos saturados. Los materiales de alimentación adecuados, que comprenden principalmente ácidos grasos saturados de cadena lineal incluyen, por ejemplo, ácidos grasos Emery 135, que se pueden conseguir también de Henkel-Emery. Emery 135 es, principalmente, una mezcla de ácido palmítico y ácido esteárico y pequeñas cantidades de otros ácidos grasos.
Si se desea, los compuestos de 2-oxetanona pueden contener dos o más anillos de 2-oxetanona. En esta solicitud se hace referencia a estos compuestos como "multímeros de 2-oxetanona". Estos compuestos se preparan a partir de cloruros de ácido de la mezcla de materiales del ácido graso saturado e insaturado y al menos un ácido alquil-dicarboxílico como se describe en el documento JP-A-168992/89, EP-A-0 666 368 y EP-A-0 629 741.
Los ácidos alquil-dicarboxílicos utilizados para preparar los multímeros de 2-oxetanona tienen 8-44 átomos de carbono, preferiblemente 9-10, 22 ó 36 átomos. Son muy preferidos los ácidos dicarboxílicos con 9-10 átomos de carbono. Estos ácidos dicarboxílicos incluye, por ejemplo, los ácidos sebácico, azelaico, 1-10-decano-dicarboxílico, subérico, brazílico y docosadecanoico. Se puede utilizar uno o más de estos ácidos carboxílicos.
Los compuestos de 2-oxetanona en las composiciones de encolado usadas en esta invención tienen preferiblemente la fórmula:
1
en la que n es 0-6, más preferiblemente 0-3, y muy preferiblemente 0; R y R'' pueden ser iguales o diferentes y se seleccionan del grupo consistente en grupos alquilo o alquenilo, lineales o ramificados, que tienen al menos 4 átomos de carbono, preferiblemente 4-24 átomos de carbono, más preferiblemente 10-20 átomos de carbono, y muy preferiblemente 14-16 átomos de carbono; y R' es un grupo alquilo de cadena lineal, preferiblemente un grupo alquilo de cadena lineal de 2-40 carbonos, más preferiblemente un grupo alquilo de cadena lineal de 4-32 carbono, y muy preferiblemente un grupo alquilo de cadena lineal de 5-8 carbonos. Cuando n>0, los compuestos se denominan multímeros de 2-oxetanona.
En la preparación de las composiciones de encolado de 2-oxetanona, al menos el 20% en moles, preferiblemente aproximadamente 20-75%, y lo más preferiblemente 30-50%, basado en la alimentación de ácido graso total, son ácidos grasos saturados. Preferiblemente, son ácidos grasos insaturados, al menos el 20% en moles, preferiblemente aproximadamente 80-25%, y muy preferiblemente 70-50%, basado en la alimentación de ácidos grasos.
Preferiblemente, el papel alcalino usado en esta invención contiene una sal inorgánica, soluble en agua, de una metal alcalino, preferiblemente cloruro de sodio (NaCl), así como alumbre (sulfato de aluminio) y carbonato de calcio precipitado. Sin embargo, el papel, con frecuencia, estará hecho sin sal de metal alcalino.
Los agentes de encolado se aplican como agentes de encolado interno que se añaden a la suspensión de pasta de papel, preferiblemente, antes de la formación de la hoja.
El papel usado en esta invención generalmente se encola con una relación de adición de cola de al menos 0,22 kg, preferiblemente al menos aproximadamente 0,89 kg, y más preferiblemente 1,1 kg/tonelada métrica, o superior. El encolado comercial típico varía de 0,25 kg/tonelada métrica a 3,5 kg/tonelada métrica, preferiblemente de 0,5 kg/tonelada métrica a 2,0 kg/tonelada métrica, y muy preferiblemente de 0,75 a 1,5 kg/tonelada métrica. Puede ser, por ejemplo, en forma de papel en pliegos continuos para impresos, papel continuo perforado para impresos, papel para máquinas de sumar, papel para fabricar sobres, papel para copias, papel para sobres o sobres.
El papel usado en esta invención es capaz de comportarse de forma eficaz en ensayos que miden su capacidad de transformación en equipos de transformación según el estado actual de la técnica y su comportamiento en la maquinaria de alta velocidad en su uso final. En particular, El papel que se puede elaborar en un rollo de papel en pliegos continuos para impresos que tienen un gramaje de aproximadamente 6,8 hasta aproximadamente 10,9 kg/121 m^{2}, es capaz de pasar a alta velocidad en una impresora láser de alta velocidad, para impresos continuos. Cuando este papel se encola con una relación de adición de al menos, aproximadamente, 0,75 kg/tonelada métrica, es capaz de pasar por la impresora láser de alta velocidad, para impresos continuos, IBM modelo 3800, sin originar un grado de ondulación, en centímetros de aumento por segundo \times 10.000, superior a 12,7 después de diez minutos de tiempo de funcionamiento. Cuando el papel se encola en una relación de 1,1 kg/tonelada métrica), el grado de ondulación aumenta, en centímetros por segundo \times 10.000, en no más de 7,5, después de 10 minutos de tiempo de funciona-
miento.
Además, el papel preferido para usar en esta invención, que se puede hacer en hojas de 21,6 cm \times 28 cm, de papel reprográfico cortado, que tiene un gramaje de aproximadamente 6,8 a 10,9 kg/121 m^{2} es capaz de pasar por una copiadora o impresora láser de alta velocidad. Cuando el papel se encola en una relación de adición de al menos aproximadamente 0,75 kg/tonelada métrica, preferiblemente al menos aproximadamente 1,1 kg/tonelada métrica, es capaz de pasar por una copiadora de alta velocidad IBM modelo 3825 sin originar fallos en la alimentación o atascos en una proporción de 5, o menos, en 10.000, preferiblemente en una proporción de 1, o menos, en 10.000. En comparación, el papel encolado con AKD estándar tiene una relación mucho más alta de alimentaciones dobles en la copiadora de alta velocidad IBM 3825 (14 alimentaciones dobles en 14.250 hojas). En la operación con máquina copiadora convencional, 10 alimentaciones dobles en 10.000 es inaceptable. Un fabricante de máquinas considera que 1 alimentación doble en 10.000 hojas será inaceptable.
El papel para usar en esta invención en forma de rollo de papel en pliegos continuos para impresos, que tiene un gramaje de aproximadamente 6,8 hasta aproximadamente 10,9 kg/121 m^{2}, se puede transformar en un impreso continuo perforado estándar en una prensa para impresos continuos a una velocidad de paso de aproximadamente 390 m a 600 m por minuto. El papel preferido según la invención, en forma de rollo de papel en pliegos continuos para impresos que tienen un gramaje de aproximadamente 6.8 a 10,9 kg/121 m^{2}, y que se encola en una relación de adición de al menos aproximadamente 1,1 kg/tonelada métrica, se puede transformar en un impreso continuo perforado estándar en una prensa para impresos continuos Hamilton-Stevens a una velocidad de paso de al menos aproximadamente 541 m por minuto, preferiblemente al menos aproximadamente 579 m por minuto.
El papel para usar en esta invención se puede hacer en un rollo de papel para sobres que tiene un gramaje de aproximadamente 6,8 a 10,9 kg/121 m^{2} que se encola en una relación de adición de al menos, aproximadamente, 1,1 kg/tonelada. El papel se puede transformar en al menos, aproximadamente, 900 sobres por minuto, preferiblemente al menos aproximadamente 1.000 por minuto en una plegadora de sobres Winkler & Dunnebier CH.
El papel para usar en esta invención también puede pasar a una velocidad de al menos aproximadamente 58 hojas por minuto en una copiadora de alta velocidad IBM 3825, alimentada con hojas, con menos de 1 en 10.000 alimentaciones dobles o atascos.
El papel para usar en esta invención es capaz de pasar por una impresora láser de alta velocidad, para impresos continuos con un grado de ondulación de, al menos aproximadamente, un 10% menos, preferiblemente aproximadamente un 20% menos, que el producido cuando pasa por la misma impresora, un rollo de papel en pliegos continuos para impresos que tienen el mismo gramaje, y encolados al mismo nivel con una cola AKD hecha de una mezcla de ácidos palmítico y esteárico, después de 10 minutos de tiempo de funcionamiento.
El papel para usar en esta invención es capaz de pasar por una copiadora de alta velocidad IBM 3825, alimentada con hojas, a una velocidad de aproximadamente 58 hojas por minuto con al menos aproximadamente un 50% menos, preferiblemente aproximadamente un 70% menos, de alimentaciones dobles o atascos que el número de alimentaciones dobles o atascos originados cuando pasan por la misma copiadora hojas de papel que tiene el mismo gramaje y que está encolado al mismo nivel con cola de AKD hecha de una mezcla de ácidos esteárico y palmítico.
El papel para usar en esta invención también es capaz de transformarse en un impreso continuo perforado estándar en una prensa para impresos continuos a una velocidad de paso al menos 3% más alta, preferiblemente al menos 5% más alta, que un papel que tiene el mismo gramaje y está encolado al mismo nivel con una cola de AKD hechos de una mezcla de ácidos esteárico y palmítico.
El papel para usar en esta invención también es capaz de elaborarse en forma de rollo de papel para sobres que tiene un gramaje dado y que está encolado a un nivel dado, que es capaz de transformarse en al menos un 3% más de sobres, por minuto, en una plegadora de sobres Winkler y Dunnebier CH, que un papel que tiene el mismo gramaje y está encolado al mismo nivel con una cola de AKD hecha de una mezcla de ácidos esteárico y palmítico que pueda transformarse en la misma plegadora de sobres.
En los siguientes ejemplo todos los porcentajes y relaciones están en moles, a no ser que se indique otra cosa.
Ejemplos Ejemplo 1
Se preparó papel en una máquina piloto para papel para su evaluación en la IBM 3800.
Para hacer una típica pasta húmeda de papel para fabricar papel en pliegos para impresos, se refinó la materia prima de la pasta de papel (tres partes de pasta kraft de madera dura del Sur y una parte de pasta kraft de madera blanda del Sur) a 425 ml de Canadian Standard Freeness (C.S.F.) (Refinado normalizado del Canadá) utilizando una refinadora de doble disco. Antes de la adición de la carga a la materia prima de la pasta de papel (10% de carbonato de calcio precipitado con tamaño de partícula medio), se ajustó el pH (7,8-8,0), la alcalinidad (150-200 ppm), y la dureza (100 ppm) de la pasta húmeda para la fabricación de papel, utilizando las cantidades apropiadas de NaHCO_{3}, NaOH, y CaCl_{2}.
Se prepararon los agentes de encolado de 2-oxetanona por métodos utilizados convencionalmente para preparar dímeros de alquil-cetenas comerciales, es decir, se formaron cloruros de ácido a partir de una mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados utilizando una agente convencional de cloración (tricloruro de fósforo), y se deshidrocloraron los cloruros de ácido en presencia de una base apropiada (trietil-amina). El material de alimentación del ácido graso insaturado era Emersol 221, que se puede conseguir de Henkel-Emery, Cincinnati, OH, y el material de alimentación del ácido graso saturado era Emery 135, que se puede conseguir también de Henkel-Emery. El Emersol 221 es una mezcla de 73% de ácido oleico, 8% de ácido linoleico, 6% de ácido palmitoleico, 3% de ácido miristoleico, 1% de ácido linolénico, y 9% de ácidos grasos saturados (en % en peso). El Emery 135 es una mezcla de 50% de ácido palmítico, 45,5% de ácido esteárico, 2,5% ácido mirístico, y 2% de otros ácidos grasos (en % en peso).
Las emulsiones de agentes de encolado de 2-oxetanona se prepararon según la descripción de la Patente de EE.UU. número 4.317.756, con referencia particular al Ejemplo 5 de la patente.
Se utilizó la siguiente secuencia de adición. Se añadió en la segunda mezcladora almidón catiónico sustituido con amina cuaternaria (0,75%). Se añadió en la tercera mezcladora la emulsión de agente de encolado de 2-oxetanona. Las mezclas de compuestos de 2-oxetanona eran principalmente líquidas a temperatura ambiente. Se añadió alumbre (0,2%) en el lado de la admisión de una bomba soplante. Se añadió un agente adyuvante de la retención (0,025%) Reten® 235, que se puede conseguir de Hercules Incorporated, Wilmington, DE, después de la bomba soplante. La temperatura de la pasta húmeda en la caja de cabeza y en la cubeta de las aguas de fabricación se controló a 43,3ºC.
Las presiones en la etapa húmeda se ajustaron a 28 kPa de presión manométrica. Se utilizó un perfil secador que daba 1-2% de humedad en la prensa de encolado y 4-6% de humedad en la devanadera (23,5 m/minuto). Se añadieron aproximadamente 17,5 kg/tonelada de almidón de maíz oxidado y 2,5 kg/tonelada de NaCl a la prensa de encolado(54,4ºC, pH 8). Se ajustó la presión de la calandria y la humedad de la devanadera para obtener una homogeneidad Sheffield de superficie de 150 unidades de flujo en la devanadera (Columna nº 2, lado del fieltro hacia arriba).
Se recogió un rollo de papel de 35 minutos de cada estado de fabricación del papel (es decir, se hizo un rollo recogiendo papel durante 35 minutos) y se transformó en una prensa comercial de impresos en dos cajas de impresos estándar (21,6 cm \times 27,9 cm). Se recogieron también muestras antes y después de cada rollo de 35 minutos para un ensayo de encolado con envejecimiento natural, gramaje de 20,9 kg/279 m^{2}, y ensayo de homogeneidad superficial.
Se dejó que se equilibrase el papel transformado en la sala de impresión durante al menos un día antes de su evaluación. Cada caja de papel proporcionó una evaluación de 10-14 minutos (67 m/minuto) en la IBM 3800. Todas las muestras fueron sometidas a ensayo por duplicado Se hizo pasar un papel fino ácido estándar durante al menos dos minutos entre cada evaluación para restablecer las condiciones iniciales de la máquina. En la Tabla 1 se da un sumario de los resultados de los ensayos. En la Tabla, E-221 es EMERSOL 221 y E-135 es EMERY 135.
TABLA 1
Material de partida para la fabricación Nivel de adición de cola Comportamiento de la transformación
del agente de encolado (kg/tonelada métrica)
Máxima ondulación Segundos a 7,6 cm
(cm)
EMERY 135 (control) 1,1 8,25 180
EMERY 135 (control) 1,5 9,52 180
EMERSOL 221 (control) 1,1 5,40 >600
EMERSOL 221 (control) 1,5 5,40 >600
EMERSOL 221 (control) 2,0 8,89 420
4:1 E-221:E-135 1,1 5,40 >600
4:1 E-221:E-135 1,5 5,71 >600
4:1 E-221:E-135 2,0 6,35 >600
7:3 E-221:E-135 1,1 5,71 >600
7:3 E-221:E-135 1,5 5,71 >600
7:3 E-221:E-135 2,0 7,30 >600
1:1 E-221:E-135 1,1 5,40 >600
1:1 E-221:E-135 1,5 5,71 >600
1:1 E-221:E-135 2,0 8,57 410 
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La altura de la ondulación, en centímetros, entre dos rollos rodillos definidos en la IBM 3800, y la velocidad a la que tiene lugar la ondulación (centímetros de aumento de la ondulación por segundo), se utilizaron para medir la eficacia de cada composición de encolado. Cuanto más rápidamente y alta se ondule la hoja, peor es el comportamiento de la transformación. Los agentes de encolado de 2-oxetanona hechos a partir de una mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados dieron mucho mejor comportamiento en la manipulación del papel que el dímero de cetena hecho a partir de ácido graso saturado. Los agentes de encolado de 2-oxetanona hechos a partir de una mezcla de ácidos grasos saturados e insaturados dieron un comportamiento en la manipulación del papel tan bueno, o mejor, que el dímero de cetena hecho a partir de ácido graso insaturado, concretamente en el nivel más alto de adición de cola.
Ejemplo 2
Las eficacias de encolado de los agentes de encolado de 2-oxetanona hechos a partir de mezclas de materiales de alimentación del ácido graso saturado e insaturado se midieron en una segunda evaluación en una máquina piloto para papel. Se utilizó el encolado HST para medir la eficacia del encolado. El Hercules Size Test (HST) (Ensayo de encolado Hercules) es un ensayo estándar de la industria para medir el grado de encolado. Este método emplea un solución acuosa de un colorante como agente penetrante para permitir la detección óptica del frente líquido a medida que se mueve a través de la hoja. El aparato determina el tiempo requerido para que la reflectancia de la superficie de la hoja, que no está en contacto con el agente penetrante caiga hasta un porcentaje determinado de su reflectacia original. Todos los datos del ensayo HST registrados miden los segundos para una reflexión del 80% con tinta de ácido fórmico al 1%, mezclado con colorante de verde de naftol B a menos que se indique otra cosa. El uso de tinta de ácido fórmico es un ensayo más severo que el de tinta neutra y tiende a dar tiempos de ensayo más rápidos. Los valores altos de HST son mejores que los valores bajos. La cantidad deseada de encolado depende de la clase de papel que se está elaborando y del sistema utilizado para elaborarlo.
Como se muestra en la Tabla 2, se evaluó la eficacia de encolado de dos agentes de encolado de 2-oxetanona preparados a partir de mezclas de una alimentación de ácido graso saturado (Emery 135, una mezcla de ácidos palmítico y esteárico) y una alimentación de ácido graso insaturado (Emersol 221), frente a un agente de encolado de 2-oxetanona hecho a partir de una alimentación de ácido graso insaturado. Las alimentaciones de ácidos mixtos evaluados, fueron: 20% de alimentación de ácido graso saturado, 80% de alimentación de ácido graso insaturado; y 50% alimentación de ácido graso saturado, 50% de alimentación de ácido graso insaturado. Los agentes de encolado de 2-oxetanona y sus emulsiones se hicieron según se describe en el Ejemplo 1.
En una pequeña máquina piloto para papel se elaboró papel para comprobar la eficacia del encolado. Para hacer una típica pasta húmeda para la fabricación de papel fino, se refinó la materia prima de la pasta de papel (tres partes de pasta kraft de madera dura y una parte de pasta kraft de madera blanda) a 425 ml de Canadian Standard Freeness (C.S.F.) utilizando una refinadora de doble disco. Antes de la adición de la carga a la materia prima de la pasta de papel (20% carbonato de calcio precipitado de tamaño de partícula medio), se ajustó el pH (7,8-8,0), la alcalinidad (150-200 ppm), y la dureza (100 ppm), de la pasta húmeda para la fabricación del papel, utilizando las cantidades apropiadas de NaHCO_{3}, NaOH, y CaCl_{2}.
Se utilizó la siguiente secuencia de adición de la etapa húmeda: se combinaron agentes de encolado de 2-oxetanona con almidón catiónico (0,4%) y se añadió a la máquina de fabricar papel después de la caja de llenado, seguido de la adición por separado de la carga (20%), alumbre (0,1%), y un adyuvante de la retención de poliacrilamida aniónica de alto peso molecular (0,01%).
La temperatura de la pasta húmeda en la cubeta de las aguas de fabricación se controló a 43ºC. Se utilizó un perfil secador que dio 5-6% de humedad en la devanadera (velocidad de la máquina de fabricar papel, 3,0 metros/minutos). Los resultados del ensayo de encolado del papel envejecido en la máquina y de forma natural, realizados por este método, se muestran en la Tabla 2.
Claramente, la adición de ácido graso saturado al material de alimentación del ácido graso completamente insaturado dio un agente de encolado de 2-oxetanona con aumentada eficacia de encolado. Basado en los resultados de ensayo de la IBM 3800, este aumento en la eficacia del encolado se obtiene tan bien, o mejor, que el comportamiento en la manipulación del papel.
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TABLA 2
Material de partida para la fabricación Nivel de adición de cola HST en la máquina HST 7-días
del agente de encolado (kg/tonelada métrica) (segundos) (segundos)
EMERY 135 (control) 1,0 12 21
EMERSOL 221 (control) 1,0 1 1
1:1 EMERSOL 221/EMERY 135 1,0 3 4
4:1 EMERSOL 221/EMERY 135 1,0 3 2
EMERY 135 (control) 1,5 142 130
EMERSOL 221 (control) 1,5 7 7
1:1 EMERSOL 221/EMERY 135 1,5 38 44
4:1 EMERSOL 221/EMERY 135 1,5 15 24
EMERY 135 (control) 2,0 283 242
EMERSOL 221 (control) 2,0 32 35
1:1 EMERSOL 221/EMERY 135 2,0 75 103
4:1 EMERSOL 221/EMERY 135 2,0 73 58 
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A partir de los datos de los Ejemplos 1 y 2, se puede ver que la invención proporciona papel con igual o mejor capacidad de funcionamiento, y eficacia de encolado más alta (más encolado HST a iguales niveles de adición) que los agentes de encolado comparables, hechos principalmente a partir de ácidos grasos insaturados. Además, los datos del Ejemplo 1 muestran que la invención proporciona mejor comportamiento en la transformación que los agentes de encolados comparables hechos principalmente a partir de ácidos grasos saturados. Por consiguiente, la invención proporciona el mejor equilibrio de eficacia d encolado y comportamiento en la transformación.
Ejemplo 3
Este ejemplo muestra la preparación del agente de encolado de 2-oxetanona a partir de una mezcla de ácido graso insaturado y una fuente de ácido graso que contiene ácido graso saturado que varía de 16% en peso a 60% en peso.
Los agentes de encolado de 2-oxetanona se prepararon mediante métodos utilizados para preparar dímeros de alquil-cetena comerciales de forma convencional. Es decir, se prepararon cloruros de ácido a partir de una mezcla de ácidos grasos utilizando un agente de cloración convencional (tricloruro de fósforo), y se deshidrocloraron los cloruros de ácido en presencia de una base adecuada (trietil-amina). El material de alimentación del ácido graso insaturado era Pamak® 131, que se puede conseguir de Hercules Incorporated, la fuente de ácido graso que contenía ácidos grasos saturados era Pamolyn® Saturates, que se puede conseguir también de Hercules Incorporated. Pamolyn Saturates contiene un promedio de un 25% en peso de ácidos grasos saturados (principalmente ácido esteárico) y 75% en peso de ácido graso insaturado (típicamente 42% en peso de ácido oleico y 33% en peso de ácido linoleico). Se hizo un agente de encolado de control, de 2-oxetanona, mezclando Pamolyn Saturates con Pamak 131, de forma que la mezcla resultante contenía 10% en peso de ácido graso saturado. Se hizo otro agente de encolado de 2-oxetanona a partir de Pamolyn Saturates. Se prepararon dos agentes de encolado de control de 2-oxetanona, uno hecho utilizando Emersol 221 y otro hecho utilizando Pamak 131. Se prepararon emulsiones de agente de encolado de 2-oxetanona según la descripción del documento US-A-4.317.756, con referencia particular al Ejemplo 5 de la patente, y se evaluaron las muestras como colas internas.
Los ensayos de laboratorio indicaron que el agente de encolado de 2-oxetanona hecho a partir de Pamolyn Saturates, dio por si mismos el mejor comportamiento de encolado. La combinación de P-131 y Pamolyn Saturates tenía unas características de encolado comparables a las otras muestras de control.

Claims (14)

1. El uso de papel alcalino en operaciones de repgrografía o conversión a alta velocidad, estando el papel encolado con una composición de encolado que no es un sólido a 35ºC, y que comprende una mezcla de compuestos de 2-oxetanona que son el producto de reacción de una mezcla de ácidos grasos que comprende aproximadamente 10-85% en moles de ácido graso saturado de cadena lineal, y 90-15% en moles de ácido graso insaturado.
2. El uso según la reivindicación 1, en el que la composición comprende una mezcla de compuestos de 2-oxetanona que son el producto de reacción de una mezcla de reacción que comprende (a) un material de alimentación que comprende principalmente ácido graso insaturado y (b) un material de alimentación que comprende principalmente ácido graso saturado de cadena lineal.
3. El uso según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la mezcla de ácidos grasos comprende aproximadamente 20-60% en moles de ácido graso saturado de cadena lineal, y aproximadamente 80-40% en moles de ácido graso insaturado.
4. El uso según la reivindicación 3, en el que la mezcla de ácidos grasos comprende aproximadamente 30-55% en moles de ácido graso saturado de cadena lineal y aproximadamente 70-45% en moles de ácido graso insaturado.
5. El uso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la composición es líquida a 25ºC.
6. El uso según la reivindicación 5, en el que la composición es líquida a 20ºC.
7. El uso según cualquier reivindicación precedente, en el que los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos o haluros de ácido monocarboxílico que tienen 6-26 átomos de carbono.
8. El uso según la reivindicación 7, en el que los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos o haluros de ácido monocarboxílico que tienen 16-18 átomos de carbono.
9. El uso según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el ácido graso saturado de cadena lineal se selecciona del grupo consistente en los ácidos y cloruros de ácido esteárico, mirístico, palmítico, margárico, pentadecanoico, decanoico (cáprico), undecanoico, dodecanoico (láurico), tridecanoico, nonadecanoico, araquídico, y behénico, y sus mezclas, y el ácido graso insaturado se selecciona del grupo consistente en los ácidos y cloruros de ácido oleico, linoleico, dodecenoico, tetradecenoico (miristoleico), hexadecenoico (palmitoleico), octadecadienoico (linolelaídico), octadecatrienoico (linolénico), eicosenoico (gadoleico), eicosatetraenoico (araquidónico), docosenoico (erúcico), docosenoico (brassídico), y docosapentaenoico (clupanodónico), y sus mezclas.
10. El uso según cualquier reivindicación precedente, en el que la mezcla de ácidos grasos comprende adicionalmente un ácido alquil-dicarboxílico que tiene 6-44 átomos de carbono.
11. El uso según la reivindicación 10, en el que el ácido dicarboxílico tiene 8-36 átomos de carbono.
12. El uso según la reivindicación 11, en el que el ácido dicarboxílico tiene 9-10 átomos de carbono.
13. El uso según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que los compuestos de 2-oxetanona son dímeros de 2-oxetanona.
14. El uso según cualquier reivindicación precedente, en el que el papel comprende también una sal inorgánica soluble en agua de un metal alcalino.
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