ES2218704T3

ES2218704T3 - Emulsion de rosina incluyendo un derivado de almidon para apresto del papel.

Info

Publication number: ES2218704T3
Application number: ES97947760T
Authority: ES
Inventors: Michael James Jaycock; Martin Derek Phillipson; Claes Zetter; Tapio Vihervaara
Original assignee: Raisio Chemicals UK Ltd
Current assignee: Ciba Specialty Chemicals RC GB Ltd
Priority date: 1996-11-30
Filing date: 1997-12-01
Publication date: 2004-11-16
Anticipated expiration: 2017-12-01
Also published as: AU5400998A; DE69728285T2; DE69728285D1; GB9625006D0; EP0941384A1; FI117678B; WO1998024972A1; FI974372L; PT941384E; CA2273213C; FI974372A0; EP0941384B1; CA2273213A1; ATE262616T1; US6290765B1

Abstract

COMPOSICION ESTABILIZADA PARA SER UTILIZADA EN EL SATINADO DE PAPEL QUE COMPRENDE UNA MEZCLA DE EMULSION DE COLOFONIA, UNA SAL DE ALUMINIO SOLUBLE Y UN DERIVADO DE ALMIDON CATIONICO QUE TIENE UN ESTADO EN CARGA DE 1,0 A 3,5 M EQUIVALENTES POR GRAMO, Y QUE SE FABRICA MEDIANTE UN PROCEDIMIENTO EN EL CUAL LA ESTRUCTURA DEL ALMIDON SE DIVIDE ANTES DE LA FASE DE CATIONIZACION.

Description

Emulsión de rosina incluyendo un derivado de almidón para apresto del papel.

La presente invención se refiere a una emulsión de rosina de "una sola aplicación" que incorpora un derivado de almidón catiónico para uso en el apresto de papel y también se refiere a un método de apresto de papel que utiliza la composición de una sola aplicación.

Es una práctica bien establecida el efectuar el apresto del papel por uso de una emulsión de rosina y de una sal de aluminio soluble tal como el sulfato de aluminio (por ej. en la forma de alumbre para fabricar papel [Al_{2}(SO_{4})_{3}\cdot16-18H_{2}O], cloruro de aluminio, cloruro de poli-aluminio o clorhidrato de aluminio. (Aunque el término "emulsión" se utiliza de forma convencional para describir el producto de rosina, ésta debe ser más adecuadamente llamada como una dispersión ya que aunque se prepara como una emulsión, de hecho, las partículas son sólidas a temperatura ambiente). La emulsión de rosina y la sal de aluminio se utilizan de forma general como adiciones separadas al procedimiento de fabricar el papel. Sin embargo, también es conocido el formular las composiciones también llamadas composiciones de "una sola aplicación" que están formadas por la mezcla previa de una emulsión de rosina y una sal de aluminio. El uso de una composición de "una sola aplicación" evita la necesidad de adiciones separadas de emulsión de rosina y de sal de aluminio para el procedimiento de fabricación del papel.

La patente WO-A-86/02677 (BKA AB) describe una dispersión para apresto del papel catiónica que comprende una resina, una sal de polialuminio y un compuesto orgánico catiónico. La patente WO-A-96/35841 describe una dispersión para apresto del papel catiónica que comprende una rosina y una sal de metal alcalino soluble.

La composición de "una sola aplicación" puede ser producida por agitación vigorosa de una emulsión de rosina Bewoid aniónica (por ej. estabilizada con caseína) y una sal de aluminio de modo que la agitación se continúe más allá de la formación de un precipitado inicial para convertir este último es una emulsión catiónica. La producción de dichas emulsiones utilizando esta técnica se encuentra descrita en la patente GB-A-2 050 453.

Las emulsiones catiónicas preparadas por este tipo de técnica no son muy comunes aunque hay unas pocas que todavía se encuentran en el mercado. Una limitación de dichas emulsiones catiónicas es que a menudo no son estables como emulsiones de rosina aniónicas de las que derivan, y la obtención de reproducibilidad no es siempre fácil. Por consiguiente ha constituido la práctica el incluir un estabilizador catiónico como un componente de la emulsión formada a partir de la emulsión Bewoid aniónica y los Ejemplos de la sal de aluminio de dichos estabilizantes catiónicos incluyen almidones cuaternizados y otros almidones cationizados.

Sin embargo, hay un problema con las composiciones existentes de "una sola aplicación" que incorporan un almidón catiónico convencional como un estabilizante en que sólo pueden utilizarse cantidades relativamente bajas del almidón sin que la composición de "una sola aplicación" se haga excesivamente viscosa para un uso económico en un procedimiento de fabricación de papel. Este es un problema debido a que los almidones catiónicos utilizados de forma convencional son de "cationicidad" relativamente baja y por consiguiente la cantidad del almidón que puede ser tolerada en la composición de "una sola aplicación" puede ser insuficiente para invertir la carga de la emulsión aniónica inicial para dar una emulsión catiónica.

Por consiguiente constituye un objeto de la presente invención el obviar o mitigar las desventajas anteriormente mencionadas.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un método para producir una composición de "una sola aplicación" para uso en el apresto del papel que comprende la preparación de una mezcla de una emulsión de rosina y un derivado de almidón catiónico que tiene un estado cargado de 0,5 a 5,0 m equivalentes por gramo y que ha sido producido por un procedimiento en el que la estructura del almidón ha sido dividida antes de la etapa de cationización, añadiendo una sal de aluminio soluble a la mezcla y efectuando la homogenización.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona una composición de "una sola aplicación" para uso en el apresto del papel que comprende una mezcla de una emulsión de rosina, una sal de aluminio soluble y un derivado catiónico de almidón que tiene un estado de carga de entre 0,5 y 5,0 m equivalentes por gramo y que ha sido producido por un procedimiento en el que la estructura del almidón ha sido dividida antes de la etapa de cationización, que ha sido formulada por preparación de una mezcla de la emulsión de rosina y el almidón, añadiendo a la mezcla la sal de aluminio y efectuando la homogenización.

La composición de la invención incorpora de este modo un polímero catiónico derivado de un almidón degradado que tiene una densidad de carga (es decir, el número promedio de miliequivalentes de átomos cationizados por gramo de polímero) de entre 0,5 y 50. Esto es de algún modo mayor que los almidones catiónicos convencionales que se considera que tienen una densidad de carga en el intervalo comprendido entre 0,1 y 0,3 m equivalentes por gramo. Además, el hecho de que el polímero catiónico sea producido a partir de un almidón degradado significa que tiene (es decir, el polímero catiónico) un peso molecular menor que los almidones catiónicos convencionales con una consecuente reducción de la viscosidad. La baja viscosidad y la mayor carga del polímero catiónico permiten que se revierta la carga de una emulsión de rosina aniónica a concentraciones bajas del polímero catiónico para producir una emulsión catiónica usable y para producir un intervalo de cationicidades que pueden ser adaptadas para cumplir las demandas específicas de un molino.

Preferiblemente el polímero catiónico tiene una densidad de carga comprendida entre 0,5 y 4,5 y más preferiblemente entre 1 y 3,5 m equivalentes por gramo.

Los polímeros catiónicos producidos a partir del almidón degradado para uso en la invención pueden ser producidos con un intervalo de masas molares y grado de cationización. Además, es posible para las soluciones de dichos polímeros el que se produzcan conteniendo hasta un 55% en peso del polímero sin ser excesivamente viscosos. Por consiguiente es posible de acuerdo con la invención el producir un intervalo de composiciones catiónicas de "una sola aplicación" que tengan suficiente cationicidad para una aplicación particular sin que sean demasiado viscosas.

Se prefiere que el polímero catiónico utilizado en la invención sea un derivado cuaternizado de un almidón degradado. Preferiblemente dicho derivado tiene un grado de sustitución de al menos 0,15, más preferiblemente entre 0,15 y 1,30 e incluso más preferiblemente entre 0,20 y 1,10 grupos cuaternarios por unidad de glucosa. De forma ideal este grado de sustitución está comprendido entre 0,20 y 0,80 y más preferiblemente entre 0,50 y 0,80.

Los polímeros catiónicos utilizados en la presente invención pueden ser producidos por tratamiento del almidón con un agente que "fragmente" de forma parcial la cadena de polisacárido (por ej. por uso de un agente de oxidación tal como peróxido de hidrógeno) y cationizar de forma subsecuente el producto "fragmentado" en una reacción en la que el contenido de sólidos sea de un mínimo del 50% (más preferiblemente de al menos el 55%) en peso. El agente de cationización puede ser utilizado en una cantidad comprendida entre el 20 y el 160%, más preferiblemente entre el 80 y el 120%, por peso de la cantidad de almidón degradado con lo que se puede controlar fácilmente el grado de cationización.

El producto químico cuaternizante preferido es el cloruro de 2,3-epoxipropil trimetil amonio aunque pueden utilizarse otros agentes de cationización.

Los polímeros catiónicos preferidos para uso en la invención tienen un contenido de nitrógeno comprendido en el intervalo de aproximadamente 1-5% (siendo el producto químico cationizante el cloruro de 2,3-epoxipropil trimetil amonio). Es particularmente preferido que los derivados de almidón oxidados catiónicos para uso en la invención tengan un contenido de nitrógeno comprendido entre 3-5%, más preferiblemente entre 3-4%, e idealmente de aproximadamente el 3,5% (para cuando el producto químico cationizante sea el cloruro de 2,3-epoxipropil trimetil amonio).

La relación entre el contenido de nitrógeno del polímero catiónico (cuaternizado utilizando cloruro de 2,3-epoxipropil trimetil amonio) y el grado de sustitución por unidad de glucosa está ilustrada en la Figura 1 de los dibujos adjuntos. Puede observarse del gráfico de la Figura 1 que los polímeros mencionados anteriormente conteniendo entre el 3-4% de nitrógeno tienen un grado de sustitución comprendido en el intervalo de aproximadamente 0,53 y aproximadamente 0,8.

Se prefiere que el polímero catiónico para uso en la invención tenga un peso molecular comprendido en el intervalo de 100.000 y 500.000 Daltons, más preferiblemente entre 150.000 y 450.000.

Detalles adicionales como el modo en el que los polímeros catiónicos pueden ser fabricados se dan en la patente WO-A- 95/18157 y en las patentes finlandesas Nos. 94135 y 94128 (todas ellas a nombre de Raisio Chemicals).

Los derivados de almidón oxidados, cuaternizados de forma particularmente adecuada, para uso en la formulación de las emulsiones de la invención están disponibles bajo la marca comercial RAIFIX que designa un intervalo de productos de variada cationicidad y peso molecular. Los productos RAIFIX típicos tienen un grado de sustitución (por el agente cationizante) comprendido entre 0,1 y 1,1 que corresponde a un contenido de nitrógeno en el intervalo de aproximadamente 1-5% (para los casos en que el producto químico cationizante sea el cloruro de 2,3-epoxipropil trimetil amonio).

Los productos RAIFIX están disponibles bajo los siguientes cinco códigos de números de productos:

Raifix	Raifix	Raifix	Raifix
01035	07035	15035	25035
Raifix	Raifix	Raifix	Raifix
01025	07025	15025	25025
Raifix	Raifix	Raifix	Raifix
01015	07015	15015	25015

En estos códigos de productos, los primeros tres números son representativos del peso molecular (cuanto mayor es el número mayor es el porcentaje del peso molecular) y los dos últimos números son aproximadamente diez veces el contenido de nitrógeno. Los valores estimados de la masa molar relativa de los productos RAIFIX son de 100.000 Daltons para las denominaciones 010xx y 500.000 Daltons para las denominaciones 250xx.

El intervalo del grado de sustitución y la masa molar relativa asequible en las series de productos RAIFIX permite que las composiciones de "una sola aplicación" sean formuladas de modo que se adapten a los requerimientos catiónicos de una pasta de papel particular con la que se vaya a utilizar y (hasta una cierta extensión) las condiciones de retención y drenaje de la máquina de fabricar papel en la que se vaya a utilizar la composición.

La rosina utilizada en la emulsión de la invención puede ser por ejemplo una rosina de madera, rosina de goma, rosina de aceite de pulpa de madera y mezclas de las mismas. La rosina puede ser maleada, enriquecida, empobrecida, hidrogenada o desproporcionada. La rosina puede opcionalmente ser esterificada. Si se utiliza una rosina del aceite de pulpa de madera entonces se prefiere que ésta sea pre-tratada con paraformaldehído.

La rosina preferida para uso en la invención es una resina maleada o fumarada.

Si se desea, la rosina puede ser mezclada con ácidos grasos de aceite de pulpa de madera tal como se ha propuesto en la patente UK-A-2 268 941. Los ácidos grasos del aceite de pulpa de madera son asequibles por ejemplo bajo la designación CENTURY MO6 (ex Union Camp Chemicals Limited). Cualquier otro diluyente de rosina (por ej. una resina hidrocarbonada) puede ser utilizada de forma alternativa.

La emulsión de rosina a partir de la cual se produce la composición de "una sola aplicación" puede, por ejemplo, tener un contenido de sólidos de entre el 30 y el 50% en peso. Esta emulsión puede ser de una rosina que haya sido enriquecida con ácido maleíco o fumárico. La emulsión puede ser una emulsión de rosina aniónica, por ej. una emulsión de rosina Bewoid estabilizada con caseína. Sin embargo también se encuentra dentro del alcance de la invención el que la emulsión de rosina (a partir de la cual se produce la composición de una sola aplicación) sea una emulsión de rosina catiónica (por ej. tal como se ha descrito en la patente EP-A-0 406 461).

La sal de aluminio puede ser, por ejemplo, sulfato de aluminio (por ej. alumbre para fabricar papel), cloruro de aluminio, cloruro de polialuminio o clorhidrato de aluminio.

Tal como se ha indicado, el derivado de almidón es preferiblemente un producto disponible bajo la marca comercial RAIFIX.

La composición de "una sola aplicación" tendrá generalmente un contenido en sólidos de al menos el 10% y más usualmente de al menos el 20%. De forma típica el contenido en sólidos estará comprendido en el intervalo del 20% hasta el 35%, por ejemplo del 27% hasta el 34% en peso.

Se prefiere que la composición de "una sola aplicación" sea formulada de modo que las cantidades relativas de rosina, de sal de aluminio y del derivado de almidón estén comprendidas en el intervalo de la relación 1:(1-1,5, por ej. aproximadamente 1,4):(0,1-0,5, por ej. aproximadamente 0,3).

Las composiciones de acuerdo con la invención son producidas por mezcla de varios componentes seguido por homogenización para producir una emulsión fluida, de baja viscosidad (esto significa una mezcla inicial de rosina y derivados de almidón antes de la mezcla de la sal de aluminio).

Las composiciones de "una sola aplicación" de acuerdo con la invención pueden ser utilizadas para el apresto del papel y por consiguiente de acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un método para la producción del papel en el que el apresto de las fibras del papel es efectuado utilizando una composición de "una sola aplicación" de acuerdo con el primer aspecto de la invención.

Se añade la composición de "una sola aplicación" a la parte húmeda del proceso de fabricación de papel (es decir, a una dispersión de las fibras para fabricar el papel antes de dejar la dispersión en la máquina de tela metálica de fabricar papel) o a una prensa de apresto después de la formación de la trama de papel.

La cantidad de composición utilizada para el apresto del papel será de forma típica tal que la cantidad de rosina sea del 0,2-3% de base seca en el peso de las fibras.

La invención se ilustrará por los siguientes Ejemplos no limitativos.

Ejemplo

Las Formulaciones A-G tal como se identificaron en la Tabla 1 se produjeron a partir de la emulsión de rosina identificada bajo (1) a continuación, al menos una de las sales de aluminio identificadas bajo (2), y uno de los derivados de almidón identificados bajo (3).

(1) Emulsión de rosina

La emulsión de rosina utilizada fue la que es asequible bajo la marca comercial NEUSIZE 3 de Roe Lee Paper Chemicals Co. Se trata de una emulsión de rosina como goma enriquecida, con caseína como un estabilizante, el 30% de sólidos en peso.

(2) Compuesto de aluminio

El compuesto de aluminio utilizado fue al menos uno de

(a) alumbre para fabricar papel (8% Al_{2}O_{3})

(b) cloruro de aluminio (10,5% Al_{2}O_{3})

(c) OULUPAC 180 (cloruro de polialuminio (18% Al_{2}O_{3})).

(3) Derivado de almidón

El derivado de almidón utilizado fue uno de

(a) RAIFIX 25035 (20% de sólidos) (3,5 m equivalentes por gramo)

(b) RAIFIX 01015 (20% de sólidos) (1,5 m equivalentes por gramo)

(c) RAIFIX 01035 (40% de sólidos) (3,5 m equivalentes por gramo)

Todas las formulaciones (es decir, A-G) se produjeron por mezcla de los componentes identificados en el orden indicado con un agitador de laboratorio y pasando a continuación la suspensión resultante a través de un microfluidificador impulsado por aire, Christisen Scientific Equipment Ltd, H5000, para producir una emulsión fluida, de baja viscosidad.

El tamaño de partícula promedio de la emulsión resultante y su estabilidad se muestran en la Tabla 1.

Algunas de las formulaciones se ensayaron para determinar sus propiedades de apresto. Para este objetivo, se obtuvo el valor Cobb a 1 minuto a partir de la décima (10) hoja en unas series fabricadas con agua blanca reciclada Esta técnica ha sido mostrada en otras investigaciones para dar resultados más próximos a los obtenidos en una máquina de papel de escala completa que los resultados de la hoja manual única. La pasta de papel utilizada fue una mezcla de pasta de papel de madera dura y de madera blanda conteniendo el 70% de abedul y el 30% de madera blanda para artesanía blanqueada. Por comparación de la eficiencia de las formulaciones ensayadas, se llevó a cabo un ensayo similar utilizando NEUSIZE 3 y el alumbre para fabricar papel tuvo un nivel similar de la adición de rosina y esto dio lugar a un valor de Cobb de 20,8. Durante todos estos experimentos, se añadió una poli-acrilamida (Percol 63) a una velocidad de 300g por tonelada.

Se ha observado de la Tabla 1 que la formulación B fue un producto estable que tenía un valor de Cobb similar al del ensayo de apresto comparativo NEUSIZE 3 y del alumbre para fabricar papel. Por consiguiente la Formulación B es la formulación preferida de la Tabla 1.

Una comparación entre las Formulaciones A y B ilustra que el método de adición es importante ya que ambas formulaciones fueron producidas a partir de los mismos componentes pero utilizando un orden de adición diferente. La Formulación A fue susceptible de espesamiento y de separación mientras que la Formulación B fue perfectamente estable.

El uso combinado de OULUPAC 180 y de alumbre para fabricar papel en la Formulación C dio lugar a la mejor eficiencia de apresto pero la combinación de estos dos componentes de aluminio (tal como se ha utilizado en las Formulaciones C y D dio lugar a alguna tixotropía.

Las Formulaciones E y F también mostraron alguna tixotropía pero esto pudo ser controlado cambiando la cantidad y el tipo de RAIFIX.

1

Claims

1. Un método de producir una composición de "unas pasada" para uso en el apresto del papel que comprende preparar una mezcla de una emulsión de rosina y un derivado de almidón catiónico que tiene un estado de carga de entre 0,5 y 5,0 m equivalentes por gramo y que ha sido producido por un procedimiento en el que la estructura de almidón fue dividida antes de la etapa de cationización, añadiendo a la mezcla una sal de aluminio, y efectuando la homogenización.

2. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 1 en donde el derivado de almidón catiónico tiene un estado cargado de entre 0,5 y 4,5 m equivalentes por gramo.

3. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 2 en donde el derivado de almidón catiónico tiene un estado cargado de entre 1,0 y 3,5 m equivalentes por gramo.

4. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en donde el derivado catiónico de almidón es un derivado cuaternizado.

5. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 4 en donde el derivado cuaternizado tiene un grado de sustitución de al menos 0,15 grupos cuaternarios por unidad de glucosa.

6. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 5 en donde el grado de sustitución está comprendido entre 0,15 y 1,30 grupos cuaternarios por unidad de glucosa.

7. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6 en donde el almidón ha sido cuaternizado con cloruro de 2,3-epoxipropil trimetil amonio.

8. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde, para la formulación en la composición de "una sola aplicación", se proporciona el derivado de almidón como una solución que contiene hasta un 55% en peso del derivado.

9. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en donde la composición de "una sola aplicación" tiene un contenido sólido de al menos el 10%.

10. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 9 en donde la composición de "una sola aplicación" tiene un contenido de sólidos de al menos el 20% en peso.

11. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 10 en donde la composición de "una sola aplicación" tiene un contenido en sólidos comprendido entre el 27% y el 34% en peso.

12. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 en donde las cantidades relativas de rosina, sal de aluminio y derivado de almidón se encuentran comprendidas en el intervalo 1:(1-1,5, por ej. aproximadamente 1,4):(0,1-0,5, por ej. aproximadamente 0,3).

13. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 en donde la rosina es una emulsión aniónica de rosina.

14. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 13 en donde la emulsión de rosina es una emulsión de rosina Bewoid estabilizada con caseína.

15. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 en donde la rosina es una emulsión catiónica de rosina.

16. Un método tal como se ha reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 en donde la sal de aluminio es sulfato amónico, cloruro de aluminio, cloruro de polialuminio o clorhidrato de aluminio.

17. Una composición de "una sola aplicación" para uso en el apresto del papel que comprende una mezcla de una emulsión de rosina, una sal soluble de aluminio y un derivado catiónico de almidón que tiene un estado de carga de 0,5 a 5,0 m equivalentes por gramo y que ha sido producido por un procedimiento en el que la estructura de almidón ha sido dividida antes de la etapa de cationización, de modo que dicha composición puede obtenerse por el método tal como ha sido reivindicado en las reivindicaciones 1 a 16.

18. Un método de apresto del papel en donde se produce una composición por el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 o se utiliza una composición tal como se ha reivindicado en la reivindicación 17 en la parte húmeda del proceso de fabricar papel.

19. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 18 en donde la composición se añade a una dispersión de las fibras de fabricar papel antes de dejar la dispersión en la tela metálica de fabricar papel.

20. Un método tal como se ha reivindicado en la reivindicación 19 en donde la composición se aplica a una prensa de apresto después de la formación de la trama de papel.