ES2339516T3 - Aditivo para la fabricaicon de papel. - Google Patents

Abstract

Aditivo para la fabricación de papel que ha de añadirse a la pasta de fibra con anterioridad a la formación de la cinta continua de papel, cuyo aditivo ha sido preparado a partir de almidón, cuyo tamaño molecular ha sido reducido a un nivel de viscosidad de 10-500 mPas (5%, 60ºC, Brookfield), y cationizado empleando un compuesto de nitrógeno cuaternario, caracterizado porque la cationización se lleva a cabo a un nivel de carga de 0,36-1,46 mEq/g.

Description

Aditivo para la fabricación de papel.

La presente invención se refiere a un aditivo para la fabricación de papel, cuyo aditivo se añade a la pasta de fibra antes de la etapa de formación de la cinta continua de papel en un procedimiento de fabricación de papel. Por medio del aditivo es posible impartir al papel i.a. una menor tendencia a la formación de polvo. Además, se han demostrado que el aditivo facilita la eliminación de agua en la etapa de formación de la cinta continua de papel, mejora la retención de los materiales de carga y afecta de manera ventajosa a la eliminación de sustancias perjudiciales que se acumulan en el sistema de circulación de agua de la máquina de papel. Igualmente, el aditivo incrementa la resistencia del papel acabado, tanto la resistencia en seco como la resistencia en húmedo. Mediante el uso del aditivo para la fabricación de papel de acuerdo con la invención se han apreciado también mejoras en la capacidad de impresión del papel, i.a. en lo que se refiere a su capacidad de aplicación para la impresión con chorro de tinta.

Un problema que se encuentra en el papel acabado es su alta tendencia a la formación de polvo, por cuyo motivo se liberan, de la superficie del papel, partículas de fibra y partículas de carga. El polvo da lugar a problemas ya en la etapa de secado en la fabricación de papel, pero por encima de todo en las máquinas y dispositivos que manipulan el papel, tal como en el dispositivo de impresión. Se han desarrollado métodos de impresión en donde se consiguen altas velocidades de la máquina y largas series de impresión. Las altas velocidades agravan la formación de polvo y las largas series de impresión reducen los tiempos de reposo, durante los cuales será posible llevar a cabo la limpieza de los dispositivos.

Con el fin de solucionar el problema de la formación de polvo es conocido el uso de métodos que por regla general están basados en la adición de compuestos químicos a la pasta de fibra, antes de la formación de la cinta continua de papel. Se conoce el uso de ceras minerales y microceras, de agentes de apresto, tales como dispersiones de AKD y ASA, de resinas aportadoras de resistencia en húmedo y de almidón de apresto del papel. Independientemente de estas medidas conocidas, la formación de polvo de papel constituye todavía un problema importante.

En WO 97/46591 se describe un método de fabricación de papel que comprende la adición, a las materias primas del papel, de un almidón reticulado que tiene una viscosidad menor de 400 cps a 3% y 70ºC y un valor DS de 0,005 a 0,05. El objetivo consiste en fortalecer el papel resultante.

En EP 257 338 se describen derivados de almidón anfóteros que contienen grupos amino terciario o de amonio cuaternario, preparados mediante tratamiento del almidón primeramente con reactivos nitrogenados y a continuación con reactivos de fosfatos. Los productos se utilizan como aditivos en la parte húmeda para mejorar la capacidad de desagüe.

En WO 93/10305 se describe la adición de almidón cationizado, a un nivel de 2-3 meq/g, al material de fibra con la finalidad de cegar las así llamadas sustancias de interferencia.

Se ha descubierto ahora de manera sorprendente que i.a. la formación de polvo de papel se puede reducir de manera importante por medio de la adición del aditivo de acuerdo con la reivindicación 1 a la pasta de fibra con anterioridad a la formación de la cinta continua de papel.

El aditivo está basado en almidón, el cual ha sido modificado para que pueda ser aplicado en la invención por reducción de su tamaño molecular y reacción con un compuesto nitrogenado adecuado con el fin de proporcionar en el almidón un nivel adecuado de carga catiónica.

La reducción del tamaño molecular ha sido efectuada convenientemente por oxidación, tal como mediante oxidación con peróxido. La reducción del tamaño molecular se lleva a cabo adecuadamente de manera que la viscosidad de una suspensión de almidón al 5% a 60ºC sea del orden de 10-500 mPas (Brookfield), con preferencia 100-400 mPas y de un modo especialmente ventajoso del orden de 100- 200 mPas. Esto se consigue, por ejemplo, empleando una dosis de peróxido de hidrógeno de aproximadamente 0,02-0,3% con respecto a materia seca de almidón en condiciones de reacción ligeramente alcalinas. El grado deseado de degradación está también ligado a la carga catiónica deseada del producto final, puesto que un incremento en la carga catiónica disminuye la viscosidad del producto final. Existe también una interdependencia entre el tamaño molecular y la carga catiónica que afecta al comportamiento del almidón en la máquina de fabricación de papel.

El almidón que ha sido procesado para que tenga el nivel deseado de viscosidad se procesa a continuación con un compuesto nitrogenado cuaternario de acuerdo con la invención de manera que su nivel de carga catiónica se encuentre en el intervalo de 0,36-1,46, de un modo especialmente ventajoso en el intervalo de 0,72-1,10 mEq/g, con lo que el contenido en nitrógeno cuando se utiliza el compuesto químico de cationización cuaternario será del orden de 0,5-2,5, de manera correspondiente de 1,0-1,5%. El producto se prepara convenientemente empleando cationización en solución, en donde el almidón se alimenta al proceso de cationización en forma granulada, eligiéndose las condiciones del proceso de modo que el almidón se disuelva por completo durante el proceso. Las cantidades esenciales en el proceso a este respecto son la concentración del almidón a cationizar, la adecuada alcalinidad y el incremento de temperatura. La dosis de álcali (NaOH) es adecuadamente del orden de alrededor de 1,5-3% respecto a la materia seca de almidón y la temperatura es adecuadamente del orden de 60-80ºC aproximadamente. El contenido en materia seca de la mezcla de reacción deberá encontrarse convenientemente por encima del 50%, lo cual proporciona i.a. un buen rendimiento en el producto final. El compuesto químico de cationización cuaternario es cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio, el cual deberá emplearse en una cantidad de alrededor de 10-40% respecto de la cantidad de almidón.

La operabilidad de la invención se ilustra por los siguientes ejemplos, en donde i.a. han sido controladas las propiedades del papel, lo cual tiene un efecto sobre la formación de polvo del papel en diferentes condiciones de manipulación del papel. La medición de la tendencia a formar polvo a partir del papel es como tal problemática sin que se efectúe un experimento prolongado con el papel en un proceso de aplicación, tal como una operación de impresión. Sin embargo, se sabe en general que la tendencia a la formación de polvo está correlacionada con los parámetros de resistencia que pueden ser medidos en el papel, tales como los valores Dennison, IGT y Scott Bond.

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Ejemplo 1

En este ejemplo, el ensayo fue realizado bajo condiciones de impresión práctica a escala completa empleando un papel fabricado en una máquina de papel de periódico. En la máquina de fabricación de papel de periódico que tenía una capacidad de 700 toneladas/24 horas se fabricó un papel a partir de una pasta de madera triturada a presión y pasta termomecánica. Antes de la formación de la cinta continua de papel, se mezcló un compuesto químico a base de almidón de acuerdo con la invención con la pasta en el mezclador de pasta en el lado de aspiración de la bomba a una dosis de 1,5-2,5 kg/tonelada. El papel producido de este modo fue imprimido entonces en una imprenta, con lo que pudo establecerse que el tiempo entre la limpieza de los cilindros de impresión incrementó desde 80.000 copias a 350.000 copias. El aditivo utilizado ha sido preparado de manera que el almidón que ha sido degradado oxidativamente a un nivel de viscosidad adecuado (100-200 mPas, 5%, 60ºC, Brookfield), ha sido cationizado con cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio empleando este compuesto químico cationizante en una cantidad de 25% respecto de la materia seca de almidón. El contenido en nitrógeno del almidón fue de 1,5% (carga 1,07 mEq/g). En el papel se midió también el valor Scott Bond que indica la resistencia interlaminar (resistencia de unión) como una característica. Estos valores han sido aportados como una función de la dosis de aditivo en la figura 1 adjunta. Cuando se realizó una comparación respecto a las mediciones de polvo efectuadas, pudo establecerse que el valor Scott Bond del papel estaba claramente correlacionado con la formación de polvo y propiedades de capacidad de impresión.

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Ejemplo 2

Se llevó a cabo una serie de ensayos en una máquina de fabricación de papel de periódico que tiene una capacidad de aproximadamente 800 toneladas/24 horas. La composición de la pasta utilizada para el papel fue 50/50 TMP/DIP (termomecánica/destintada). El ensayo se efectuó durante 24 horas, en cuyo tiempo se controló el cambio en los valores de resistencia para diferentes cantidades de aditivos. El aditivo utilizado ha sido preparado de manera que el almidón que ha sido degradado oxidativamente a un nivel de viscosidad de aproximadamente 200 mPas (5%, 60ºC, Brookfield), fue cationizado con cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio empleando este compuesto químico cationizante en una cantidad de 15% respecto de la cantidad de almidón. El contenido en nitrógeno del almidón fue de 1,0% (carga 0,72 mEq/g).

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(Tabla pasa a página siguiente)

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Los resultados se ofrecen en la siguiente tabla 1.

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1

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A partir de los resultados puede verse que es posible afectar las propiedades de resistencia lo cual tiene a su vez un efecto sobre las propiedades de formación de polvo del papel, todo ello por medio del producto de acuerdo con la invención.

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Ejemplo 3

Se llevó a cabo un experimento de ensayo durante 2 semanas en una máquina de fabricación de papel de periódico que tenía una capacidad de 400 toneladas/24 horas. Como materia prima de papel, se utilizó madera triturada a presión y blanqueada con el óxido. A la pasta se añadió almidón de pasta convencional en una cantidad de 10-13 kg/tonelada para el conjunto del experimento de ensayo. El experimento de ensayo incluyó un periodo de 12 días (días de ensayo 13-14), durante cuyo tiempo se añadió un aditivo de acuerdo con la invención a la pasta con anterioridad a la formación de la cinta continua de papel en una cantidad de 2,5 kg/tonelada además del almidón de pasta convencional, habiendo sido preparado el aditivo de manera similar al aditivo del ejemplo 1. Con el papel se realizó, en una impresora de ensayo, una serie de impresiones de 4.000 hojas cada una empleando una muestra de papel tomada cada día, tras lo cual se midió la cantidad de polvo en cada serie de impresión. Los resultados del ensayo han sido ofrecidos como un diagrama de barras en la figura 2 adjunta. Los resultados demuestran un claro descenso en la cantidad de polvo independientemente del hecho de que estuviera presente un apresto interno convencional en la fabricación de papel, que por su parte participaría en la reducción de la formación de polvo.

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Ejemplo 4

Se llevó a cabo un experimento de ensayo en una máquina de fabricación de papel de periódico empleando papel de periódico (30-40 g/m^{2}) cuya base de fibra consistió en madera triturada a presión, pasta termomecánica, pasta química y pasta destintada. La máquina se hizo trabajar en un intervalo de pH ácido. Como sistema de retención se utilizó un sistema de retención en micropartículas de bentonita/PAM. Se alimentó un aditivo de acuerdo con la invención en una cantidad de 1,0 kg/tonelada al recipiente de mezcla en el lado de aspiración de la bomba.

El comportamiento del papel acabado fue controlado en la línea de producción con un dispositivo medidor de la formación de polvo (MB Linting Dusting Tester). Los resultados se ofrecen en la figura 3 adjunta. Pudo observarse que la formación de polvo había descendido en 50-60% (puntos de ensayo 7-12) en comparación con el papel correspondiente sin el aditivo de acuerdo con la invención (puntos de ensayo 1-6).

También se pudieron apreciar diferencias en el funcionamiento de la máquina de papel en comparación con la fabricación del papel correspondiente sin el aditivo de acuerdo con la invención. I.a. se mejoró el drenaje de agua, lo cual se manifestó por sí mismo en una reducción en las necesidades de vapor de agua en la sección de secado. También pudo apreciarse un efecto ventajoso con respecto a la retención, lo cual se tradujo en un descenso de aproximadamente 50% en el auxiliar de la retención (PAM, poliacrilinida).

Claims (6)

1. Aditivo para la fabricación de papel que ha de añadirse a la pasta de fibra con anterioridad a la formación de la cinta continua de papel, cuyo aditivo ha sido preparado a partir de almidón, cuyo tamaño molecular ha sido reducido a un nivel de viscosidad de 10-500 mPas (5%, 60ºC, Brookfield), y cationizado empleando un compuesto de nitrógeno cuaternario, caracterizado porque la cationización se lleva a cabo a un nivel de carga de 0,36-1,46 mEq/g.

2. Aditivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la cationización ha sido efectuada a un nivel de carga de 0,72-1,10 mEq/g (1-1,54% N).

3. Aditivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque ha sido preparado empleando una cationización en solución.

4. Aditivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el contenido en materia seca de la mezcla de reacción se encuentra por encima del 50%.

5. Aditivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la reducción del tamaño molecular del almidón ha sido efectuada por oxidación, preferentemente mediante oxidación con peróxido.

6. Método para disminuir la formación de polvo de papel por adición a la pasta de fibra, alimentada a la formación de la banda continua de papel, de un compuesto que reduce la tendencia a la formación de polvo del papel, caracterizado porque como compuesto que reduce la tendencia a la formación de polvo, se añade a la pasta de fibra un aditivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 anteriores en una cantidad de 1,0-3,0 kg/tonelada.