ES2226321T3 - Composicion de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o carton y procedimdiento para la fabricacion de papel o carton. - Google Patents

Composicion de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o carton y procedimdiento para la fabricacion de papel o carton.

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Abstract

Composición de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o cartón, conteniendo la composición (i) una cola que puede reaccionar con celulosa, siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA) y (ii) un agente orgánico de complejación en una cantidad del 0, 1-20% en peso de la cantidad de la cola.

Description

Composición de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o cartón y procedimiento para la fabricación de papel o cartón.
La presente invención se refiere a una composición de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o cartón. La invención se refiere adicionalmente a un procedimiento para la fabricación de papel o cartón.
A pH neutro, el dímero de alquilceteno (AKD) o el anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA) se usan normalmente como una cola para activar la repelencia al agua (hidrofobicidad) del papel o el cartón. Se considera que ambas moléculas reaccionan con la fibra de celulosa. La reacción se produce muy rápidamente en particular en condiciones alcalinas o ligeramente básicas. En la fabricación del papel, se añaden AKD y ASA a una dispersión acuosa que contiene fibra y aditivos (por ejemplo, materiales de carga, agentes de retención, agentes antiespumantes, agentes de control del pH) y a partir de la cual, se hace un esfuerzo para separar los sólidos sobre la tela metálica tan eficazmente como sea posible, es decir, el objetivo es una retención lo mayor posible. El agua usada para la dispersión es normalmente agua de circulación y se le añade agua fresca bruta, en cuyo caso el agua usada para la dispersión contiene normalmente, por ejemplo, aproximadamente 200 ppm de metales alcalinotérreos: iones calcio y magnesio.
El documento WO-A-94/13883 describe el uso de un agente de encolado neutro similar a, por ejemplo, ASA o AKD para el encolado de papel o cartón.
Es comúnmente conocido que las pulpas que contienen carbonato cálcico, que se usa para aumentar el brillo del papel, consumen más agentes químicos de hidrofobización que las pulpas sin carbonato.
Los grupos carboxilo sobre la superficie de la celulosa generan una carga negativa en las fibras. La magnitud de la carga depende del pH de alrededor. En condiciones alcalinas, el grupo carboxilo experimenta protólisis y por tanto, la cantidad de cargas negativas aumenta.
En general, las colas usadas con finalidades de hidrofobización se preparan mediante emulsión de la sustancia repelente al agua en un almidón cargado catiónicamente. El almidón rodea el agente de hidrofobización insoluble en agua, mientras se forma una dispersión distribuida uniformemente en el agua. Debido al almidón, las partículas de dispersión son catiónicas. Tienden a adherirse a superficies cargadas negativamente, por ejemplo, fibras de celulosa.
En particular en aguas duras, iones de metales alcalinotérreos bivalentes, tales como iones Ca^{2+} y también otros iones polivalentes, neutralizan los grupos carboxilo de las fibras de celulosa y por consiguiente, la carga negativa de las fibras disminuye respectivamente. Como se ha concebido que una partícula de cola formulada usando un almidón catiónico se une a la superficie de la fibra mediante cargas, es importante la presencia de cargas superficiales tanto en la partícula de cola como en la fibra en lo que se refiere a la retención. Los iones Ca^{2+} neutralizan la carga superficial y por consiguiente, la retención de partículas de cola catiónicas se debilita. De manera similar, la adherencia de agentes de retención catiónicos a la fibra también depende de la carga superficial de la fibra.
Con el uso de agentes químicos quelantes y secuestrantes, mediante los cuales puede disminuirse la cantidad de iones libres en las aguas, también es posible disminuir el número de iones Ca^{2+} en la superficie de la fibra y crear grupos aniónicos libres para activar la retención. Sin embargo, si estos agentes de complejación se usaran directamente, por ejemplo, en las aguas de circulación de la máquina de papel, su uso sería relativamente alto y produciría problemas en el resto del funcionamiento de la máquina.
Se ha observado, sorprendentemente, que la hidrofobización del papel usando agentes químicos basados en AKD y ASA puede mejorarse cuando se añaden a sus formulaciones pequeñas cantidades de agentes que forman complejos con metales o se dosifican junto con ellos. Por tanto, mediante los agentes añadidos a la cola, la complejación de los cationes en la fibra se acerca a las partículas de cola, con lo que la retención de la cola se mejora, mientras que la concentración de agentes de complejación en las aguas de circulación de la máquina de papel puede, no obstante, mantenerse baja.
Como, por ejemplo, el carbonato cálcico es un material de carga usado normalmente en la fabricación de papel, el uso de agentes de complejación para quelar todo el calcio no es razonable, ya que esto conllevaría a la disolución del carbonato cálcico. Lo que es inventivo en el presente documento es específicamente el hecho de que se ha observado, sorprendentemente, que una dosis muy pequeña de agentes de complejación en la formulación de la cola mejora considerablemente el encolado. En cuanto al rendimiento de la invención, se requiere que el agente de complejación forme lo suficientemente rápido complejos estables con los cationes metálicos que están presentes en la máquina de papel y posiblemente tengan un efecto deletéreo sobre el encolado con AKD. Es esencial para el rendimiento de la invención que una cantidad adecuada de agentes de complejación se añada a la formulación de cola.
Según la invención, para el encolado neutro de papel o cartón se proporciona por tanto una composición de encolado que contiene
(i) una cola que puede reaccionar con celulosa, siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA), y
(ii) un agente orgánico de complejación en una cantidad de 0,1-20% en peso de la cantidad de la cola.
El término agente quelante también se usa para agentes de complejación.
Agentes de complejación adecuados que pueden usarse según la invención incluyen
a) ácidos aminopolicarboxílicos
b) N-bis o tris-[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aminas y
c) ácidos fosfónicos.
Los agentes de complejación citados anteriormente pueden estar en forma de un ácido o una sal. Sales adecuadas incluyen sales de metales alcalinotérreos y sal de amonio. Las sales de sodio y potasio son las sales preferidas.
Los agentes de complejación preferidos del grupo a) incluyen ácidos aminopolicarboxílicos que tienen la siguiente fórmula I general
1
en la que
A es -CH_{2}COOH,
B es -CH_{2}COOH o -CH_{2}CH_{2}OH,
x es 0-6, preferiblemente 0-3,
y es 0-6, preferiblemente 0-2,
a es 2-10, preferiblemente 2-4 y
b es 2-10, preferiblemente 2-6.
Los compuestos según la fórmula I que se prefieren especialmente incluyen ácido etilendiaminotetraacético, es decir EDTA (B = A, x = 0, b = 2 e y = 1), ácido dietilentriaminopentaacético, es decir DTPA (B = A, x = 1, a = 2, b = 2 e y= 1) y ácido nitrilotriacético, es decir NTA (B = A, x = 0 e y = 0).
Los agentes de complejación preferidos del grupo b) incluyen N-bis o tris-[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aminas que tienen la fórmula II general
2
en la que
R es hidrógeno,
3
un grupo alquilo que tiene 1-30 átomos de carbono,
un grupo alquilo que tiene 1-30 átomos de carbono y adicionalmente 1-10 grupos ácido carboxílico,
un grupo alquilo que tiene 1-30 átomos de carbono y adicionalmente 1-10 grupos éster de ácido carboxílico,
un grupo hidrocarburo (poli)etoxilado que tiene 1-20 grupos etoxilo o
un grupo amida de ácido carboxílico que tiene 1-30 átomos de carbono, en cuyo caso el enlace N-R es un enlace amida.
Los agentes de complejación de fórmula II que se prefieren especialmente incluyen los siguientes compuestos según las fórmulas A, B y C:
4
A= N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina (en lo sucesivo se usará el acrónimo BCEEA)
B= ácido N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aspártico (en lo sucesivo se usará el acrónimo BCEEAA)
C= N-tris[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina (en lo sucesivo se usará el acrónimo TCEEA)
Estos agentes de complejación A, B y C y su preparación se han descrito en la solicitud de patente FI-962261. También es posible usar mezclas de compuestos A y B.
Los agentes de complejación preferidos del grupo c incluyen ácidos fosfónicos que tienen la fórmula III general
5
en la que
R_{1} es hidrógeno, un alquilo inferior tal como -CH_{3} o -(CH_{2})_{n}-CH_{3}, un grupo amino -NH_{2}, hidroximetilo -CH_{2}OH, un grupo ácido carboxílico inferior -(CH_{2})n-COOH, un grupo ácido alquilfosfónico inferior -(CH_{2})_{n}-PO_{3}H_{2} o un grupo que tiene la fórmula
6
R_{2} es hidrógeno, hidroxilo -OH, un grupo ácido fosfónico -PO_{3}H_{2}, un grupo ácido carboxílico inferior -(CH_{2})_{n}-COOH o un grupo que tiene la fórmula
7 
\vskip1.000000\baselineskip
8 
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10 
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11 
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12
R_{3} es hidrógeno, hidroxilo -OH, un grupo amino -NH_{2}, un alquilo inferior tal como -CH_{3} o -(CH_{2})_{n}-CH_{3}, un grupo ácido carboxílico inferior -(CH_{2})_{n}-COOH o un grupo que tiene la fórmula
-NH-(CH_{2})_{n}-PO_{3}H_{2}
-NH-CH_{2}-COOH
13
n es 0-6, preferiblemente 0-3.
En la composición de encolado según la invención, la cantidad del agente orgánico de complejación es del 0,1-20% en peso y se prefiere especialmente del 0,2-3% en peso de la cantidad de la cola.
La composición de encolado según la invención está preferiblemente en forma de una dispersión, en cuyo caso contiene adicionalmente un agente estabilizante de la dispersión.
Los agentes estabilizantes de las dispersiones de AKD incluyen almidón, almidón catiónico y otros polímeros, tales como polietilenimina, poliepiamina, un compuesto de diciandiamida o polidietildialilo, poliacrilamida o ácido poliacrílico o sales de los mismos.
Para la estabilización de las dispersiones de ASA, puede usarse, por ejemplo, almidón u otros polímeros, tales como derivados de la celulosa solubles en agua, por ejemplo hidroxietil o hidroxipropil, metil hidroxipropil (hipromelosa) o etil hidroxietilcelulosa, carboximetilcelulosa, gelatina, goma guar, goma xantana o poli(alcohol vinílico).
En la composición de encolado según la invención, la cantidad de agente de complejación puede ser del 0,2-20% en peso, preferiblemente del 0,2-10% en peso y especialmente preferido del 1-5% en peso de la cantidad del agente estabilizante.
Según la invención, también se proporciona un procedimiento para la fabricación de papel o cartón mediante encolado neutro usando una cola que puede reaccionar con celulosa, siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA), estando caracterizado el procedimiento porque un agente orgánico de complejación, tal como se he definido anteriormente, se incorpora en la cola en una cantidad del 0,1-20% en peso de la cantidad de la cola.
La invención se refiere adicionalmente al uso de la composición de encolado, tal como se ha definido anteriormente, para el encolado neutro de papel o cartón.
Si la composición de encolado o la formulación de encolado según la invención contiene almidón, el agente de complejación se une a la capa de almidón, de la que se desprende en dilución y forma un complejo con iones Ca^{2+}. Si el ion de complejación se desprende de una fibra, la fibra se vuelve más aniónica y la partícula de cola se adhiere a la fibra. Se sabe que la constante de equilibrio de fibra de celulosa con respecto a la complejación de los iones Ca^{2+} es aproximadamente 3. Por un lado, esto demuestra que la celulosa une iones fuera del agua de circulación y, por otro lado, esto requiere que la constante de equilibrio del aditivo que compleja iones Ca^{2+} debe ser superior a la de la celulosa, como por ejemplo las constantes de las sustancias mencionadas anteriormente son aproximadamente 10.
La composición de encolado funciona en particular en pulpas que se elaboran en aguas duras y en máquinas que tienen una retención, por lo demás, baja.
Es una opinión común que la hidrofobicidad del papel producida por el encolado con AKD se desarrolla lentamente. El encolado rápido es necesario en particular en la fabricación de papel soporte para estucado. Puede conseguirse una mejora considerable si se usa la composición según la presente invención.
El rendimiento de la invención no se ve afectado por los otros agentes químicos, tales como el almidón y el carbonato cálcico, que se usan en la fabricación del papel, ni por la calidad de la pulpa. El orden en el que se añaden los agentes químicos en la máquina de papel o los demás parámetros de funcionamiento de la máquina de papel tampoco afectan al rendimiento de la invención.
La cantidad de agente de complejación usado en la formulación de encolado puede ser del 0,1-20% en peso de la cantidad de AKD o ASA y del 0,2-20% en peso de la cantidad total de almidón u otro polímero que estabiliza la formulación. Estos compuestos pueden usarse como tales en forma ácida o en forma de sus sales alcalinas o de amonio. Si el agente se usa en forma de una sal de los mismos, el catión de dicha sal no tiene un efecto considerable en el rendimiento de la invención.
Las emulsiones actuales de AKD son físicamente estables y pueden usarse durante varias semanas. La concentración de AKD en los productos puede ser del 0,5-30% en peso. Normalmente se usan varios almidones para la formulación de AKD. Por lo general, se les añaden cationes ("se cationan") bien con aminas cuaternarias, en cuyo caso el almidón retiene su carga catiónica también en condiciones alcalinas, o bien con aminas primarias, secundarias o terciarias, cuya carga depende del pH. La cantidad de almidón puede ser de 0,1-10 veces la proporción de AKD. Para la dispersión de cera AKD, se usan generalmente varios agentes químicos aniónicos, tales como lignosulfonatos, sulfonatos alifáticos o aromáticos, tensioactivos no iónicos tales como ácido graso o etoxilatos de alcohol graso, o tensioactivos catiónicos tales como aminas de ácido graso o imidazolinas. Para la estabilización de una dispersión de AKD, también pueden usarse polímeros, tales como compuestos de polietilenimina, poliepiamina, polidimetilalilo o diciandiamida, ácido poliacrílico o poliacrilamida y sus sales. Es comúnmente conocido que la cantidad de agentes químicos estabilizantes es del 1-200% en peso de la cantidad de AKD. En el uso de polímeros, es posible no sólo mejorar la estabilidad del producto, sino también afectar al rendimiento del producto en papel o cartón. La adición de agentes químicos estabilizantes se ha usado comúnmente en la técnica anterior en la formulación de productos con AKD.
El ASA se dispersa en el molino de papel o cartón usando un aparato instalado con este fin. La dispersión preparada se pasa inmediatamente a la máquina de papel o cartón. Para facilitar la preparación de una dispersión de ASA, suele añadirse al producto un tensioactivo, tal como dioctilsulfosuccinato, octilfenoxipolietoxietanol y dinonilfenilfosfato de polioxietileno, trioleato de polioxietileno y sorbitano.
En general, en la fase de preparación, es posible usar como agentes estabilizantes para dispersiones líquidas de ASA almidón u otros polímeros, tales como derivados de celulosa solubles en agua, por ejemplo hidroxietil e hidroxipropil, metil hidroxipropil (hipromelosa) y etil hidroxietilcelulosa, carboximetil celulosa o gelatina, goma guar, goma xantana, poli(alcohol vinílico), etc. Por lo general, el tamaño de gota de la dispersión es en promedio de 0,2-3 \mum. Los agentes de complejación pueden añadirse a las composiciones comúnmente conocidas basadas en ASA.
La composición de encolado según la invención es adecuada para usarla con pulpas químicas, pulpas mecánicas, pulpas quimiomecánicas y mezclas de éstas.
El rendimiento de las composiciones que son objeto de la presente invención se ilustra con los siguientes ejemplos. Los porcentajes son porcentajes en peso, a menos que se indique lo contrario.
Ejemplo 1
Se estudió el cambio en la carga superficial de la fibra bajo el efecto de un agente de complejación tal como sigue.
Se dispersó una mezcla de pulpas de sulfato de pino y abedul a una razón de 50:50 en agua de intercambio iónico y se refinó hasta un número de Schopper de 20º. Se filtró la pulpa y se volvió a dispersar hasta una consistencia del 1% a) en agua de intercambio iónico y b) en agua de intercambio iónico que contenía el 0,1% de DTPA como una sal de Na. Se agitaron las pulpas durante aproximadamente 1 hora. Se lavaron las pulpas con agua de intercambio iónico a pH 7. La carga de la fibra se determinó usando cloruro de polidialildimetilamonio y su retrovaloración con una sal de NA de sulfonato de polietileno mediante un aparato de Mütek.
14
Ejemplo 2
El efecto de un agente de complejación sobre la carga de una formulación de cola con AKD se estudió usando un aparato de Mütek. A una dispersión de AKD estabilizada con almidón catiónico se añadió el componente activo de agente de complejación 1 y agente de complejación 2 en una cantidad del 6% calculada a partir de la cantidad de almidón. La carga catiónica se determinó mediante valoración con una sal de Na de sulfonato de polietileno a pH 3,5. En este ejemplo y en los ejemplos presentados en lo sucesivo en el presente documento, el agente de complejación 1 contiene BCEEA y BCEEAA con una razón molar de 2:3 y el agente de complejación 2 es TCEEA.
15
Ejemplo 3
En este ejemplo se usó una pulpa cuya composición era del 40% de pulpa de abedul química, el 40% de pulpa de pino química y como material de carga el 20% de carbonato cálcico y 5 kg/t de almidónde pulpa. Se preparó una dispersión de AKD en un almidón al 2%, siendo las concentraciones de los agentes de complejación 1 y 2 en la dispersión del 0,6% de la cantidad de AKD. La dosis de AKD usada fue de 1 kg/t, en cuyo caso la cantidad de componente activo formador del complejo fue de 6 g/t. Se prepararon hojas de prueba con un gramaje de 80 g/m^{2} a partir de la pulpa según las instrucciones de Scan-C 26:76. Se determinó el valor de Cobb a los 60 min a partir de las hojas inmediatamente y después de 10 min de curado a 105ºC. Los valores de Cobb 60 descendieron aun cuando las retenciones totales en las hojas eran casi del 100%. Los valores de Cobb describen la absorción de agua del papel, y significan la cantidad de agua que absorbe el papel en un determinado plazo de tiempo (g/m^{2}). Cuanto menor es el valor de Cobb, mejor es el resultado del encolado.
TABLA 1
16
Ejemplo 4
La pulpa usada en la máquina piloto era el 35% de pulpa de pino química y el 65% de pulpa de abedul química. El material de carga usado era carbonato cálcico al 23% de la pulpa seca. Se pasó un papel cuyo gramaje era 70 g/m^{2} a una velocidad de 80 m/min de la máquina piloto. La tasa de AKD usada era de 1 kg/t. La cola con AKD contenía agente de complejación 1 en una cantidad del 0,3% de la cantidad de AKD. Aunque las retenciones totales de la máquina piloto fueron buenas, en el producto que contenía el agente de complejación el valor de Cobb 60 (g/m^{2}) inmediato no curado fue claramente inferior al del producto correspondiente sin agente de complejación.
TABLA 2
17

Claims (10)

1. Composición de encolado que puede usarse para el encolado neutro de papel o cartón, conteniendo la composición
(i) una cola que puede reaccionar con celulosa, siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA) y
(ii) un agente orgánico de complejación en una cantidad del 0,1-20% en peso de la cantidad de la cola.
2. Composición de encolado según la reivindicación 1, caracterizada porque el agente orgánico de complejación es a) ácido aminopolicarboxílico, b) N-bis o tris-[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina o ácido fosfónico.
3. Composición de encolado según la reivindicación 2, caracterizada porque el agente orgánico de complejación del grupo a) es ácido dietilentriaminopentaacético (DTPA), ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) o ácido nitriloacético (NTA), o una sal de los mismos o una mezcla de los mismos y el agente orgánico de complejación del grupo b) es N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina (BCEEA), ácido N-bis[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]aspártico (BCEEAA), N-tris[(1,2-dicarboxiletoxi)etil]amina (TCEEA) o una sal de los mismos o una mezcla de los mismos.
4. Composición de encolado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la cantidad del agente orgánico de complejación es del 0,2-3% en peso de la cantidad de la cola.
5. Composición de encolado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está en forma de una dispersión y adicionalmente contiene un agente estabilizante de la dispersión.
6. Composición de encolado según la reivindicación 5, caracterizada porque el agente estabilizante es un almidón o algún otro polímero.
7. Composición de encolado según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque la cantidad del agente orgánico de complejación es del 0,2-20% en peso, preferiblemente del 0,2-10% en peso y especialmente preferido del 1-5% en peso de la cantidad de agente estabilizante.
8. Uso de una composición de encolado definida en cualquiera de las reivindicaciones 1-7 para el encolado neutro de papel o cartón.
9. Procedimiento para la fabricación de papel o cartón mediante encolado neutro usando una cola que puede reaccionar con celulosa, siendo dicha cola un dímero de alquilceteno (AKD) o un anhídrido de ácido alquenilsuccínico (ASA), caracterizado porque se incorpora un agente orgánico de complejación en la cola en una cantidad del 0,1-20% en peso de la cantidad de la cola.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque se usa una composición de encolado definida en cualquiera de las reivindicaciones 1-7 para el encolado.
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