ES2564391T3 - Pulpación de material celulósico en presencia de un polímero catiónico - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar papel o cartón, que comprende las etapas de (a) pulpación de un material celulósico procedente de residuos de papel recuperado, en presencia de un polímero catiónico que se deriva de monómeros de acuerdo con la fórmula general (V),**Fórmula** donde R1 representa -H o -CH3, y R11 representa alquileno C2-C6-N+(alquilo C1-C3)3X-, donde X- es Cl-, Br- o SO4 2-; y (g) suministro del material celulósico a una máquina de papel.
Description
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DESCRIPCION
Pulpacion de material celulosico en presencia de un poUmero cationico Campo de la invencion
La invencion se refiere a un metodo para fabricar papel, carton o cartoncillo mediante pulpacion de un material celulosico en presencia de un polfmero cationico. Adicionalmente, la invencion se refiere al uso de dicho polfmero cationico en la fabricacion de papel.
Antecedentes de la tecnica anterior
La fabricacion del papel esta entre las industrias que necesitan mas agua. Durante el proceso de fabricacion de papel, en varias etapas se anaden cantidades sustanciales de agua y soluciones acuosas a las fibras celulosicas (corriente de entrada) y se separa de las mismas, respectivamente (corriente de salida).
El documento US 4.964.555 divulga un metodo y sustancias para reducir el paso en operaciones de pulpacion y fabricacion de papel, en particular en muebles hechos mediante procesos de pulpacion mecanica que contienen pulpa de madera en cantidades superiores a aproximadamente 10 % en peso.
El documento WO 01/71092 A2 se refiere a metodos para inhibir las deposiciones de contaminantes organicos de la pulpa en sistemas de pasta y fabricacion de papel. Las protemas del suero o una combinacion de una protema y un polfmero cationico se anaden a la pulpa o se aplican a superficies propensas a la deposicion de un sistema de fabricacion de papel.
El documento US 5.256.252 se refiere al control de los depositos del paso para el campo de la pulpa y fabricacion de papel.
Como resultado de la creciente preocupacion por la pureza de los recursos hndricos y en respuesta a las crecientes presiones gubernamentales para mantener la calidad de estos recursos tndricos, se ha requerido a la industria del papel para investigar e implementar metodos para reducir los contaminantes qmmicos contenidos en sus corrientes de agua de salida. El peligro de la contaminacion qmmica en el agua se debe a la capacidad de los componentes organicos de las corrientes de salida de las fabricas papeleras para unirse al oxfgeno disuelto contenido en el agua. Esta union, ya sea mediante reaccion qmmica o simple interaccion qmmica, evita la utilizacion de oxfgeno disuelto por la vida acuatica. El efecto de esta union se conoce habitualmente como la demanda qmmica de oxfgeno (DQO).
Dada la importancia de mantener niveles adecuados de oxfgeno disuelto en las corrientes de agua, varias agencias gubernamentales han establecido directrices y procedimientos de prueba para la medicion de la DQO de las corrientes efluentes de las fabricas papeleras que se vierten en nos y lagos. Se han implementado varios procesos para mejorar la calidad del agua descargada. Entre los metodos propuestos se encuentran (1) evaporacion seguida de incineracion, (2) tratamiento qmmico para hacer que los componentes organicos en el efluente sean inofensivos, (3) tratamiento biologico y aireacion del efluente recogido en los tanques de retencion, y (4) la oxidacion de los componentes qmmicos en condiciones restrictivas.
La evaporacion seguida de incineracion no es practica cuando afecta a grandes volumenes de agua. El procedimiento es extremadamente lento, caro e impone gastos significativos en el tiempo de mano de obra.
El tratamiento qmmico, tal como cloracion, ozonizacion, tratamiento con peroxido de hidrogeno, etc., puede ser peligroso y caro, y solo es eficaz con contaminantes qmmicos espedficos. En la practica, con el fin de ser eficaz, cualquier metodo de tratamiento qmmico empleado requiere pruebas mediante procesos caros para determinar la naturaleza exacta de los contaminantes.
El proceso biologico usa microorganismos, tales como bacterias, para descomponer los contaminantes qmmicos. Sin embargo, los procesos biologicos estan limitados por la naturaleza de los propios microorganismos. Deben tomarse grandes precauciones para mantener un entorno donde funcionaran los microorganismos. La temperatura de las aguas residuales debe regularse cuidadosamente para evitar efectos adversos en el intervalo donde los microorganismos son activos. El agua residual debe suplementarse con nutrientes adecuados y otros aditivos que permiten a los microorganismos funcionar en el nivel de eficiencia deseado. Asimismo, se debe tener cuidado de que el agua residual no contenga compuestos bactericidas ni bacterostaticos, lo que hara que la actividad bacteriana cese. Adicionalmente, las cepas espedficas de microorganismos son espedficamente adecuadas solo para la descomposicion de productos qmmicos espedficos. Por lo tanto, una industria que emplee un proceso biologico debe ser capaz de proporcionar un sistema que combine cepas espedficas de microorganismos desarrollados espedficamente para descomponer los diversos contaminantes organicos presentes en las corrientes efluentes de la industria. Este requisito hace que los sistemas biologicos sean poco practicos y exigentes.
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El proceso para el tratamiento oxidativo es la reduction del contenido total de contaminante de las aguas residuales mediante la reaction del agua con contenido organico con ox^geno a una temperatura elevada, opcionalmente a presion superatmosferica o en presencia de catalizadores. Con frecuencia se requiere una temperatura de reaccion de hasta 537,8 °C (1000 °F) para la descomposicion de los componentes organicos y los procesos no preven variaciones en los niveles de los contaminantes organicos presentes en el agua. Adicionalmente, la contamination de la superficie del catalizador por los contaminantes organicos puede causar fallos de la superficie catalrtica. Esto requiere la regeneration compleja para restaurar la superficie de adsorcion catalrtica de los catalizadores.
Es bien conocido que cuanto mayor es la DQO de las aguas residuales que se van a tratar, mas ineficaces, mas fiables y mas caros son estos procesos.
Por lo tanto, existe una demanda de un metodo para la fabrication de papel o carton que reduce la DQO de las aguas residuales que se produce en las etapas individuales del proceso de fabricacion de papel, incluyendo las primeras etapas, por ejemplo, la etapa de pulpacion. Tambien es deseable conseguir reduccion de la DQO evitando la adicion de otros productos quimicos al proceso de fabricacion, que normalmente no se usan durante la production de papel. Estos productos quimicos "extranos" podrian influir sobre el proceso de fabricacion de papel real, por ejemplo, lo que da lugar a la disminucion de la calidad del papel.
Sumario de la invencion
La invencion se refiere a un metodo para la fabricacion de papel o carton que comprende las etapas de
(a) Pulpacion de un material celulosico procedente de residuos de papel recuperado, en presencia de un polfmero cationico que se deriva de monomeros de acuerdo con la formula general (V),
R1
H2C
O
donde
1
R representa -H o -CH3, y
R11 representa alquileno C2-C6-N+(alquilo C1-C3)3X-, donde X- es Cl-, Br- o SO42-; y
(g) suministrar el material celulosico a una maquina de papel.
Sorprendentemente, se ha encontrado que la pulpacion de un material celulosico en presencia de un polfmero cationico reduce la DQO de la pulpa y los efluentes resultantes. Por lo tanto, mediante la pulpacion del material celulosico en presencia de un polfmero cationico, la DQO se puede reducir y se pueden evitar otros productos quimicos, la adicion de los cuales seria, de otro modo, necesaria para reducir la DQO (productos quimicos "extranos”). Por lo tanto, mediante pulpacion en presencia de un polfmero cationico, los procesos de tratamiento del agua se hacen ambientalmente solidos, mas eficientes, mas fiables y menos costosos.
Ademas, sorprendentemente se ha descubierto que la adicion del polfmero cationico durante esta etapa temprana del proceso de fabricacion de papel puede tambien mejorar las propiedades del papel producido, por ejemplo, aumentar su resistencia. Sorprendentemente, los polimeros cationicos, tales como amidas de acido poliacrilico o esteres de acido poliacrilico, que se anaden convencionalmente en una etapa final mucho mas tarde del proceso de fabricacion de papel, por ejemplo, en el extremo humedo de la maquina de papel, son estables a lo largo de todo el proceso de fabricacion y siguen aumentando las propiedades de resistencia de los productos de papel finales.
Breve descripcion de las figuras
La Figura 1 muestra los valores de DQO medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de polimeros cationicos preferidos.
La Figura 2 muestra los valores de Scott Bond medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de polimeros cationicos preferidos.
La Figura 3 muestra los valores de la longitud de la tension medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de polimeros cationicos preferidos.
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La Figura 4 muestra los valores de la presion de rotura medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de poKmeros cationicos preferidos.
La Figura 5 muestra los valores de DQO medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de poKmeros cationicos preferidos.
La Figura 6 muestra los valores de turbidez medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de polimeros cationicos preferidos.
La Figura 7 muestra los valores de Scott Bond medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de polimeros cationicos preferidos.
La Figura 8 muestra los valores de la longitud de la tension medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de polimeros cationicos preferidos.
La Figura 9 muestra los valores de la presion de rotura medidos despues de la pulpacion del material celulosico en ausencia o presencia de polimeros cationicos preferidos.
Descripcion detallada de la invencion
Un primer aspecto de la invencion se refiere a un metodo para la fabrication de papel, carton o cartoncillo que comprende las etapas de
(a) pulpacion de un material celulosico procedente de residuos de papel recuperado, en presencia de un polfmero cationico que se deriva de monomeros de acuerdo con la formula general (V),
R1
O
donde
R1 representa -H o -CH3, y
R representa alquileno C2-C6-N (alquilo Ci-C3)3X-, donde X- es Cl-, Br- o SO4-; y
(g) suministrar el material celulosico a una maquina de papel.
El acondicionamiento del papel en genera libera fibras de papel y otros componentes polimericos del papel (desechos), tales como aditivos qmmicos (por ejemplo, almidones, carboximetilcelulosas [CMC], alcohol polivinflico [PVal], y similares). Dichos componentes polimericos aumentan la demanda qmmica de oxigeno de los efluentes resultantes. Ahora se ha descubierto sorprendentemente que los componentes polimericos anionicos, tales como almidones anionicos, se pueden unir a las fibras de celulosa en una etapa muy temprana de la fabricacion de papel, simplemente mediante la adicion de cantidades adecuadas de polimeros cationicos adecuados, que en los procesos convencionales se agregan en una etapa mucho mas tardia, si se anaden.
Las etapas basicas de la fabricacion de papel, incluyendo las etapas (a) y (g) anteriores son conocidas por el experto en la materia. A este respecto se puede hacer referencia a, por ejemplo, C.J. Biermann, Handbook of Pulping and Papermaking, Academic Press; 2a edition (1996); J.P. Casey, Pulp and Paper, Wiley-Interscience; 3a edition (1983); y E. Sjostrom et al., Analytical Methods in Wood Chemistry, Pulping and Papermaking (Springer Series in Wood Science), Springer; 1a edicion (1999).
La materia prima para el papel es la fibra. Para los fines de la memoria descriptiva, "pulpacion" debe considerarse como el proceso de separation de las fibras, adecuado para la fabricacion de papel, a partir del material no fibroso de la madera u otras fuentes fibrosas. Para los fines de la memoria descriptiva, el termino "pulpacion" se refiere preferentemente a la production qmmica, mecanica o semimecanica de una dispersion acuosa o suspension acuosa de material celulosico con un contenido en lignina comparativamente bajo de la madera o de otro material celulosico, tal como el papel (residual) recuperado. Preferentemente, la pulpacion es la primera etapa en la fabricacion de papel donde el material celulosico se pone en contacto con cantidades sustanciales de agua, generando de este modo una suspension acuosa, es decir, una suspension acuosa de fibras celulosicas, tambien denominada pulpa. Dicha pulpa forma un material intermedio fibroso para la fabricacion de papel, carton o cartoncillo.
El lugar de la pulpacion se denomina pulpeadora, es decir, un vaso de reaction utilizado para la fabricacion de una dispersion o suspension acuosa del material celulosico. A veces, una pulpeadora tambien se denomina digestor,
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hidrapulpeadora o hidropulpeadora.
En caso de que se use madera como material de partida inicial para el proceso de fabricacion de papel, la madera se descorteza, preferentemente, mediante extraccion de la corteza de los troncos mediante, por ejemplo cuchillo, abrasion, o descortezador hidraulico. Preferiblemente, los troncos descortezados se trituran hasta conseguir piezas mas pequenas y las virutas de madera resultantes pueden utilizarse como material de partida real para la etapa de pulpacion.
En caso de que se use papel recuperado (residual) como material de partida para el proceso de fabricacion de papel, el papel (residual) recuperado adecuado se introduce tipicamente directamente en la pulpeadora. El papel residual tambien se puede mezclar con una cantidad de material virgen, tal como virutas de madera, para mejorar la calidad del material celulosico, denominado reciclado secundario.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion “material celulosico" se refiere a cualquier material que comprende celulosa, incluidos la madera y el papel recuperado (residual). Ademas, la expresion "material celulosico" se refiere a todos los productos intermedios y finales durante el proceso de fabricacion de papel, que se originan a partir de madera y/o papel recuperado (residual), tales como dispersiones o suspensiones de material celulosico, materiales celulosicos de pulpa, material celulosico destintado, material celulosico mezclado, material celulosico blanqueado, material celulosico refinado, material celulosico cribado y el papel, carton o cartoncillo final. Por lo tanto, la expresion "material celulosico" engloba pulpa, suspension espesa, lodo, reserva, y similares. Si no se indica expresamente otra cosa, los porcentajes basados en el material celulosico deben considerarse basados en la composicion total que contiene el material celulosico.
Un experto en la materia sabe que el material celulosico puede contener otros componentes ademas de celulosa, tales como productos qmmicos utilizados para la etapa de pulpacion qmmica semiqmmica, colorantes, agentes de blanqueo, materiales de carga etc.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "proceso de fabricacion de papel" se refiere a la fabricacion de papel, asf como a la fabricacion de carton y de cartoncillo.
Para los fines de la memoria descriptiva, el material celulosico de partida para la fabricacion de papel, carton y/o cartoncillo, que se origina a partir de la madera, se conoce como "material virgen", mientras que el material de partida, que se origina a partir del papel recuperado (residual), se conoce como "material de reciclaje". Tambien es posible usar como material de partida para el proceso de fabricacion del papel una mezcla de material virgen y de material de reciclaje, que en el presente documento se denomina "material de mezcla". Ademas, tambien es posible que el material celulosico de partida e "desechos" o "desechos recubiertos" (material de recorte) que, a los efectos de la memoria descriptiva, estara abarcado por el termino "material de reciclaje".
Preferiblemente, el material virgen, de reciclaje o de mezcla se suministra a la pulpeadora, donde la pulpa correspondiente se fabrica mecanicamente (pulpacion mecanica, por ejemplo, en un batidor Hollander), qmmicamente (pulpacion qmmica) y/o mediante alguna combinacion de medios qmmicos y mecanicos (pulpacion semiqmmica).
Para los fines de la memoria descriptiva, la pulpa, que se origina a partir de material virgen, material de reciclaje o material de mezcla, de denomina "pulpa virgen", "pulpa de reciclaje" y "pulpa de mezcla", respectivamente. Ademas, los vasos de reaccion para la pulpacion mecanica, pulpacion qmmica y pulpacion semiqmmica se denominan en el presente documento "pulpeadora mecanica", "pulpeadora qmmica" y "pulpeadora semiqmmica", respectivamente.
El experto en la tecnica conoce varios metodos diferentes de pulpacion mecanica, qmmica y semiqmmica. Por ejemplo, los metodos de pulpacion mecanica incluyen pulpa mecanica de piedra (SGW), pulpa mecanica de refinador (RMP), pulpa quimio-mecanica (CGW), pulpa mecanica presurizada (PGW), pulpa mecanica de refinador termico (TRMP), pulpa termo-mecanica (TMP), pulpa quimio-termo-mecanica (CTMP) y pulpa mecanica semiqmmica (SCMP). El proceso kraft (sulfato) y el proceso con sulfito son metodos de pulpacion qmmica y el proceso con sulfito neutro (NSSC), proceso con sulfito de alto rendimiento y proceso Kraft de alto rendimiento son metodos de pulpacion semiqmmica. En general, estos metodos de pulpacion se utilizan para transformar el material virgen, material de reciclaje o material de mezcla en pulpa.
Un objetivo importante de la pulpacion es la conversion de un material de partida celulosico solido en una composicion acuosa que, por ejemplo, puede bombearse. Ademas, la pulpacion puede servir al proposito de separar materiales utiles de materiales inutiles, por ejemplo, de plastico y metal.
Tfpicamente se anade agua durante la etapa de pulpacion mecanica, qmmica o semiqmmica al material celulosico, es decir, al material virgen, de reciclaje o de mezcla, para producir la respectiva pulpa celulosica, es decir, pulpa virgen, de reciclaje o de mezcla. La pulpa respectiva es generalmente una dispersion acuosa fibrosa o suspension acuosa fibrosa del material celulosico. Adicionalmente, tambien se pueden anadir al material celulosico sustancias qmmicas tales como una solucion acuosa de sulfuro sodico e hidroxido sodico, tambien denominado licor blanco, o
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una mezcla de acido sulfuroso y bisulfito sodico, para comenzar la pulpacion qmmica o semiqmmica.
El proceso de pulpacion mecanico se realiza tipicamente mediante la exposicion del material celulosico a fuerza mecanica, mas espedficamente a fuerza de cizalladura.
El proceso de pulpacion semiqmmica combina metodos de pulpacion mecanica y qmmica; el material celulosico se pulpea en presencia de productos qmmicos tales como sulfuro sodico, hidroxido sodico, acido sulfuroso y/o bisulfito de sodio, mientras que el material celulosico se expone a la fuerza de cizalladura.
El proceso de pulpacion mecanica normalmente se realiza en presencia de agua, sulfuro sodico, hidroxido sodico, acido sulfuroso y/o bisulfito sodico.
De acuerdo con la invencion, el polfmero cationico esta presente durante la etapa de pulpacion. Para dicho fin, el material celulosico, es decir, el material virgen, de reciclaje o de mezcla, se pone en contacto con el polfmero cationico.
Con el fin de realizar la pulpacion del material celulosico en presencia del polfmero cationico de acuerdo con la invencion, es evidente para una persona experta en la materia que se anade al material celulosico al menos una porcion de la cantidad total del polfmero cationico, es decir, al material virgen, de reciclaje o de mezcla de, antes de o durante la etapa de pulpacion (a).
A este respecto, al menos una porcion de la cantidad total del polfmero cationico puede anadirse directamente al inicio de la etapa de pulpacion, es decir, directamente despues de suministrar el material virgen, de reciclaje o de mezcla a la pulpeadora mecanica, qmmica o semiqmmica. Ademas, se puede anadir al material celulosico al menos una porcion del polfmero cationico en cualquier momento durante la etapa de pulpacion, es decir, despues de que ha comenzado la pulpacion pero antes de recuperar el material celulosico reducido a pulpa de la pulpeadora. Cuando la pulpacion se lleva a cabo de forma continua, el polfmero cationico se puede anadir de forma continua tambien.
Es evidente para una persona experta en la materia que la cantidad total de polfmero cationico puede anadirse a granel o en porciones.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "adicion en porciones" significa que la cantidad total de polfmero cationico se divide en al menos dos porciones, de las que se anade al menos una porcion al material celulosico antes de o durante la etapa de pulpacion (a).
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "adicion a granel", significa que se anade al material celulosico la cantidad total del polfmero cationico, es decir, sin dividir la cantidad total del polfmero cationico en porciones.
Tanto la adicion en porciones como la adicion a granel del polfmero cationico pueden realizarse puntualmente o de forma continua. A los efectos de la memoria descriptiva, el termino "adicion puntual" significa la adicion del polfmero cationico al material celulosico en un determinado punto en el tiempo mediante la adicion de la cantidad prevista del polfmero cationico de una vez. La expresion "adicion continua" significa en el presente documento que la adicion del polfmero cationico al material celulosico se realiza durante un cierto intervalo de tiempo. Por ejemplo, en caso de que el polfmero cationico se anade de forma continua al material celulosico, el polfmero cationico puede caer o verter lentamente en el material celulosico durante un cierto intervalo de tiempo. Es evidente para una persona experta en la materia que la adicion puntual representa una etapa de adicion rapida, mientras que la adicion continua es considerablemente mas lenta que la adicion puntual.
Se puede anadir al menos una porcion del polfmero cationico al material celulosico, es decir, al material virgen, de reciclaje o de mezcla, antes de que entre en la pulpeadora. En esta forma de realizacion, el polfmero cationico y el material celulosico ya se ponen en contacto uno con el otro antes de iniciar la pulpacion. Despues de la introduccion de la mezcla que comprende el material celulosico y al menos una porcion del polfmero cationico a la pulpeadora, se pueden anadir porciones adicionales del polfmero cationico en cualquier momento despues de que se ha iniciado la etapa de pulpacion (a).
Por lo general, la etapa de pulpacion (a) puede tardar desde varios minutos a varias horas. Preferiblemente, se anade al menos una porcion de la cantidad total del polfmero cationico al material celulosico durante la primera mitad del penodo de pulpacion.
Para los fines de la memoria descriptiva, el termino "penodo de pulpacion" se define como el tiempo total que dura la etapa de pulpacion.
Por ejemplo, en el caso de que la etapa de pulpacion dure un tiempo total de 1 hora (periodo de pulpacion), el polfmero cationico puede anadirse a granel o en porciones, puntualmente o de forma continua en la pulpeadora en cualquier momento o durante cualquier intervalo de tiempo, por ejemplo, hasta 30 minutos despues de comenzada
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la etapa de pulpacion.
Tfpicamente, se anade agua al material celulosico, es decir, al material virgen, de reciclaje o de mezcla, antes y/o durante la etapa de pulpacion. Al menos una porcion de la cantidad total del polfmero cationico puede disolverse, dispersarse o suspenderse en dicha agua.
En una realizacion preferida, se anade la cantidad total de polfmero cationico al material celulosico durante la etapa de pulpacion (a) a granel o en porciones, puntualmente o de forma continua; es decir, el 100% en peso de la cantidad total del polfmero cationico se anade al material celulosico, es decir, al material virgen, de reciclaje o de mezcla, durante la etapa de pulpacion (a).
En una realizacion preferida, el polfmero cationico se dosifica al material celulosico antes de o durante la etapa de pulpacion (a) a una concentracion final de al menos 100 g/tonelada metrica o al menos 250 g/tonelada metrica, mas preferentemente de al menos 500 g/tonelada metrica o al menos 750 g/tonelada metrica, incluso mas preferentemente de al menos 1000 g/tonelada metrica, lo mas preferentemente de al menos 1.250 g/tonelada metrica y en particular de al menos 1.500 g/tonelada metrica, en funcion de la composicion total que contiene el material celulosico. Mas preferentemente, el polfmero cationico se dosifica al material celulosico antes de o durante la etapa de pulpacion (a) a una concentracion final de 500 a 7.500 g/tonelada metrica, mas preferentemente de 750 a 5000 g/tonelada metrica, aun mas preferentemente de 1.000 a 2.500 g/tonelada metrica, y en particular de 1.250 a
2.000 g/tonelada metrica en funcion de la composicion total que contiene el material celulosico.
En una realizacion preferida, preferentemente cuando se emplea el polfmero cationico en estado solido, por ejemplo como un material granular, el polfmero cationico se dosifica al material celulosico a una concentracion de 1.500 ± 750 g/tonelada metrica, mas preferentemente 1.500 ± 500 g/tonelada metrica, aun mas preferentemente 1.500 ± 400 g/tonelada metrica, aun mas preferentemente 1.500 ± 300 g/tonelada metrica, lo mas preferentemente 1.500 ± 200 g/tonelada metrica, y en particular 1.500 ± 100 g/tonelada metrica, en funcion de la composicion total que contiene el material celulosico. En otra realizacion preferida, preferentemente cuando se emplea el polfmero cationico en estado emulsionado, por ejemplo como una emulsion de agua en aceite, el polfmero cationico se dosifica al material celulosico a una concentracion de 2.500 ± 750 g/tonelada metrica, mas preferentemente 2.500 ± 500 g/tonelada metrica, aun mas preferentemente 2.500 ± 400 g/tonelada metrica, aun mas preferentemente 2.500 ± 300 g/tonelada metrica, lo mas preferentemente 2.500 ± 200 g/tonelada metrica, y en particular 2.500 ± 100 g/tonelada metrica, en funcion de la composicion total que contiene el material celulosico y en relacion con el contenido de polfmero, es decir no con el contenido de agua y de aceite de la emulsion de agua en aceite.
En una realizacion preferida, la consistencia de la pasta madre del material celulosico en la etapa de pulpacion (a) esta dentro del intervalo de 3,0 a 6,0 %, mas preferentemente de 3,3 a 5,5 %, incluso mas preferentemente de 3,6 a
5.1 %, lo mas preferentemente de 3,9 a 4,8%, y en particular de 4,2 a 4,6%. En otra realizacion preferida, la consistencia de la pasta madre del material celulosico en la etapa de pulpacion (a) esta dentro del intervalo de 10 a 25 %, mas preferentemente de 12 a 23 %, incluso mas preferentemente de 13 a 22 %, lo mas preferentemente de 14 a 21 %, y en particular de 15 a 20 %. Los metodos adecuados para medir la consistencia de la pasta madre de los materiales celulosicos son conocidos para el experto. A este respecto, se puede hacer referencia a, por ejemplo M.H. Waller, Measurement and Control of Paper Stock Consistency, Instrumentation Systems &, 1983; H. Holik, Handbook of Paper and Board, Wiley-VCH, 2006.
Preferentemente, antes de anadir el polfmero cationico, el potencial zeta del material celulosico esta dentro del intervalo de -45 mV a +30 mV, mas preferentemente -40 mV a 20 mV, aun mas preferentemente -35 mV a 10 mV, aun mas preferentemente -30 mV a ± 0 mV, lo mas preferentemente -25 mV a -5 mV y, en particular -20 mV a -10 mV. Preferentemente, se anade el polfmero cationico en una cantidad tal que la adicion del polfmero cationico produce un aumento del potencial zeta de al menos 1 mV, mas preferentemente de al menos 2 mV, aun mas preferentemente de al menos 3 mV, aun mas preferentemente de al menos 4 mV, mas preferentemente de al menos 5 mV y en particular de al menos 6 mV. Por ejemplo, antes de anadir el polfmero cationico, el potencial zeta del material celulosico puede ser -15 mV y despues de la adicion del polfmero cationico se aumenta hasta un valor de, por ejemplo, -10 mV a -5 mV. La carga de la composicion acuosa, es decir, el sistema de dispersion / estabilizacion normalmente se verifica midiendo el potencial zeta. Un valor positivo del potencial zeta indica una dispersion cationica, mientras que un potencial zeta negativo indica una dispersion anionica. Los metodos adecuados para medir el potencial zeta son conocidos para el experto. A este respecto, se puede hacer referencia a, por ejemplo, H. Holik, Handbook of Paper and Board, Wiley-VCH, 2006.
La etapa de pulpacion (a) puede llevarse a cabo en condiciones ambientales.
En una realizacion preferida, la etapa de pulpacion (a) se lleva a cabo a temperatura elevada. Preferentemente, la etapa de pulpacion (a) se realiza a una temperatura dentro del intervalo de 20 °C a 90 °C, mas preferentemente de 20 °C a 50 °C.
En una realizacion preferida, la etapa de pulpacion (a) se realiza a un valor de pH de 5 a 13, mas preferentemente 6 a 12, aun mas preferentemente de 7 a 11, aun mas preferentemente de 7 a 10 y mas preferentemente de 7 a 9. El
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valor de pH deseado puede ajustarse mediante la adicion de acidos y bases, respectivamente.
En una realizacion preferida de acuerdo con la invencion, la etapa de pulpacion (a) se lleva a cabo en presencia de un polfmero cationico y otras sustancias auxiliares. Dichas otras sustancias auxiliares pueden comprender, pero no se limitan, materiales inorganicos, tales como talco, materiales silfceos, alumbre, cloruro de polialuminio, hidrato de cloro aluminio, y similares.
La sustancia auxiliar puede ser un material silfceo que esta en forma de una composicion en micropartfculas anionicas. Los materiales silfceos incluyen partfculas basadas en sflice, microgeles de s^lice, sflice coloidal, soles de s^lice, geles de sflice, polisilicatos, aluminosilicatos, polialuminosilicatos, borosilicatos, poliborosilicatos, ceolitas y arcillas. Las arcillas son, preferentemente, arcillas expansivas, por ejemplo, esta puede ser, tfpicamente, una arcilla tipo bentonita. Las arcillas preferidas se pueden hinchar en agua e incluyen arcillas que se hinchan en agua de forma natural o arcillas que pueden modificarse, por ejemplo mediante intercambio de iones para hacer que puedan hincharse en agua. Las arcillas hinchables en agua adecuados incluyen, pero no se limitan a, arcillas a menudo denominadas hectorita, esmectitas, montmorillonitas, nontronitas, hormitas, saponita, sauconita, atapulgitas y sepiolitas. En una realizacion preferida, la sustancia auxiliar es bentonita.
Como alternativa, la sustancia auxiliar es una sflice coloidal, seleccionada de entre polisilicatos y polialuminosilicatos. Esto incluye microgeles de polisilicato poliparticulado de superficie de mas de 1.000 m2/g, por ejemplo microgeles de polialuminosilicato particulado solubles en agua o acido polisilfcico aluminato. Ademas, el material de floculacion puede ser un acido silfcico coloidal o una sflice coloidal.
La sustancia auxiliar tambien puede ser un borosilicato coloidal. El borosilicato coloidal puede prepararse poniendo en contacto una solucion acuosa diluida de un silicato de metal alcalino con una resina de intercambio cationico para producir un acido silfcico y, despues, formando un residuo mediante la mezcla de una solucion acuosa diluida de un borato de metal alcalino con un hidroxido de metal alcalino para formar una solucion acuosa que contiene B2O3
La pulpacion tambien se puede realizar en presencia de enzimas tales como amilasas, esterasas y/o lipasas que estan disponibles comercialmente (por ejemplo, Buzyme® 2515, Buzyme® 2517, Resinase A2X, Novocor aDl, Pancreatic Lipase 250, Lipase G-1000, Greasex 50L, Greasex 100L), que pueden usarse, preferentemente, para controlar los contaminantes organicos presentes en los materiales celulosicos. El uso de dichas enzimas en los procesos de pulpacion se divulga en, por ejemplo, el documento US 6.471.826.
Despues de la etapa de pulpacion (a), el material celulosico reducido a pulpa, es decir la pulpa virgen, pulpa reciclada o pulpa de mezcla, que contiene al menos una porcion del polfmero cationico, se puede someter a una etapa de lavado antes de suministrarla a etapas de procesamiento adicionales del proceso de fabricacion de papel. Esta etapa de lavado normalmente incluye el lavado de las fibras celulosicas del material celulosico reducido a pulpa con agua. Preferentemente, si se realiza lavado, las condiciones de lavado se ajustan adecuadamente para que una cantidad sustancial del polfmero cationico quede con el material celulosico, es decir no se separa del mismo.
Normalmente, el material celulosico reducido a pulpa, es decir la pulpa virgen, reciclada o de mezcla, se puede someter a etapas de proceso adicionales, que siguen a la etapa de pulpacion (a). Estas etapas comprenden, sin limitaciones
(B) destintado del material celulosico; y/o
(c) mezclado del material celulosico; y/o
(d) blanqueado del material celulosico; y/o (E) refinado del material celulosico; y/o
(f) cribado y/o limpieza del material celulosico; y
(g) suministro del material celulosico a una maquina de papel.
A este respecto, cabe destacar que las etapas mencionadas anteriormente (b) a (f) son unicamente opcionales, lo que significa que se puede omitir una cualquiera, dos cualquiera o cuatro cualquiera de las etapas (b) a (f). Tambien es posible omitir las cinco etapas (b) a (f) durante el proceso de fabricacion de papel.
Los dispositivos que son adecuados para las etapas posteriores despues de la etapa de pulpacion (a) son conocidos para el experto. Por ejemplo, el material celulosico puede bombearse desde la pulpeadora a una tina madre, una tina de mezcla y/o una tina de maquina antes de su suministro a la maquina de papel (es decir, a la denominada “parte constante” de la maquina de papel).
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La secuencia temporal de las etapas (b) a (f) se puede elegir libremente, lo que significa que la secuencia temporal de las etapas (b) a (f) no necesariamente sigue el orden alfabetico como se ha indicado. No obstante, preferentemente el orden es alfabetico.
Otras etapas del proceso, tales como almacenamiento del material celulosico en los tanques de almacenamiento o las etapas adicionales de lavado y/o cribado, se pueden incorporar despues de cualquiera de las etapas del proceso (a) a (f).
En una realizacion preferida, la secuencia temporal de las etapas del proceso se selecciona del grupo que consiste en (a)w(g); (a)w(b)w(g); (a)w(c)w(g); (a)w(d)w(g); (a)w(e)w(g);
(a)w(f)w(g); (a)w(b)w(cMg); (a)w(b)w(dMg); (a)w(bMeMg); (aMb)w(bMg);
(a)w(cMdMg); (a)w(c)w(eMg); (a)w(c)w(f)w(g); (aMd)w(eMg); (a)w(d)w(f)w(g);
(a)w(e)w(f)w(g); (a)^(b)^(c)^(d)^(g); (a)^(b)^(c)^(e)^(g); (a)w(b)w(cMf)w(g);
(a)^(b)^(d)^(e)^(g); (a)w(b)w(dMf)w(g); (aMcMd)w(eMg);
(aH(cMdMfMg); (aMc)w(e)w(f)w(g); (a)w(d)w(eMf)w(g);
(a)^(b)^(c)^(d)^(e)^(g); (a)w(bMc)w(dMf)w(g); (aMbMcMeMeMg);
(a)^(b)^(d)^(e)^(f)^(g); (a)^(c)^(d)^(e)^(f)^(g); y (a)^(b)^(c)^(d)^(e)^(f)^(g).
Donde para los fines de la memoria descriptiva, el sfmbolo "W significa “seguido de” y otras etapas del proceso, tales como almacenamiento del material celulosico en los tanques de almacenamiento o las etapas adicionales de lavado y/o cribado, se pueden incorporar despues de una cualquiera de las etapas del proceso (a) a (f).
Al menos una porcion del polfmero cationico se anade antes de o durante la etapa de pulpacion (a). Siempre que el polfmero cationico que se anadio inicialmente durante la etapa de pulpacion (a) no se elimine completamente en las etapas siguientes, el polfmero cationico tambien esta presente en las etapas del proceso (b), (c), (d), (e), (f) y (g), si hay, que siguen a la etapa de pulpacion (a).
En una realizacion preferida, al menos una porcion del resto de la cantidad total del polfmero cationico se anade al material celulosico durante cualquiera de las etapas (b), (c), (d), (e), (f) y/o (g). Por ejemplo, se puede anadir un 50 % en peso de la cantidad total del polfmero cationico en porciones o a granel, puntualmente o de forma continua antes de y/o durante la etapa de pulpacion (a) y el 50 % en peso restante de la cantidad total del polfmero cationico se puede anadir en porciones o a granel, puntualmente o de forma continua antes de, durante y/o despues de las etapas del proceso (b), (c), (d), (e), (f) y/o (g).
Un experto en la tecnica sabe que despues de cada una de las etapas del proceso (a) a (f), la mezcla que comprende el material celulosico y el polfmero cationico se pueden suministrar a tanques de almacenamiento antes de reintroducirlos en las etapas posteriores del proceso del proceso de fabricacion de papel.
Tambien es evidente para el experto en la tecnica que se puede anadir al material celulosico al menos una porcion del resto de la cantidad total del polfmero cationico, cuando se almacena en tanques de almacenamiento despues de cualquiera de las etapas del proceso (a), (b), (c), (d), (e) y (f).
En general, la etapa de pulpacion (a) se realiza mucho antes de la etapa (g). En una realizacion preferida, al menos una porcion del polfmero cationico se anade al material celulosico, es decir al material virgen, de reciclado o de mezcla, antes de o durante la etapa de pulpacion. Dicha adicion se produce, preferentemente, al menos 5 minutos, mas preferentemente al menos 10 minutos, incluso mas preferentemente al menos 20 minutos, lo mas preferentemente al menos 30 minutos y, en particular, al menos 40 minutos antes de suministrar el material celulosico al extremo humedo de la maquina de papel, por ejemplo a traves de la caja de flujo, es decir antes del suministro a la etapa (g). En una realizacion preferida del metodo de acuerdo con la invencion, el periodo de tiempo durante el cual el material celulosico esta en contacto con el polfmero cationico es de al menos 5 minutos, mas preferentemente de al menos 10 minutos, incluso mas preferentemente de al menos 20 minutos, lo mas preferentemente de al menos 30 minutos y, en particular, de al menos 40 minutos.
La duracion de la etapa de pulpacion (a) no es crucial para la invencion. Preferentemente, la etapa de pulpacion (a) dura al menos 1 minuto, mas preferentemente al menos 2 minutos, todavfa mas preferentemente al menos 3 minutos, aun mas preferentemente al menos 4 minutos, lo mas preferentemente al menos 30 minutos y, en particular, al menos 5 a 15 minutos.
Despues de la etapa de pulpacion, la pulpa de acuerdo con la invencion se puede someter a una etapa de destintado (b), donde la pulpa virgen, pulpa de reciclado o pulpa de mezcla se destinta, preferentemente en presencia del polfmero cationico.
El destintado (b) se realiza en un denominado destintador, tambien denominado celda de destintado, es decir un vaso de reaccion donde la tinta se elimina de la pulpa de reciclaje o de mezcla en presencia del polfmero cationico. Normalmente, el lavado y la flotacion son los dos procesos principales aplicados para el destintado de la pulpa de
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reciclado o de mezcla.
El destintando mediante lavado normalmente se realiza anadiendo grandes cantidades de agua al material celulosico para formar una suspension espesa. El agua que contiene la tinta dispersada se drena a traves de ranuras o tamices que son permeables a las partfculas de tinta dispersada, mientras que el material celulosico no puede atravesar las ranuras o los tamices.
El destintando mediante flotacion normalmente se realiza anadiendo agua al material celulosico para formar una suspension espesa. Posteriormente, se anaden tensioactivos y se sopla aire a traves de la suspension espesa del material celulosico. La tinta eliminada queda atrapada en una capa de espuma, que se retira de forma continua de la suspension espesa de material celulosico.
Despues de la etapa de pulpacion, la pulpa de acuerdo con invencion puede someterse a una etapa de mezcla (c). La mezcla (c), tambien denominada preparacion madre, se realiza tipicamente en una denominada cubeta de mezcla, es decir, un recipiente de reaccion donde los aditivos, tales como colorantes, cargas (por ejemplo, talco o arcilla) y agentes de encolado (por ejemplo, colofonia, cera, almidon, cola) se anaden a la pulpa de material celulosico reducido a pulpa, preferentemente a pulpa virgen, pulpa de reciclaje o pulpa de mezcla, preferentemente en presencia del polfmero cationico. Las cargas se agregan, preferentemente, para mejorar las propiedades de impresion, suavidad, brillo y opacidad. Los agentes de encolado normalmente mejoran la fuerza y la resistencia al agua del papel, carton y/o cartoncillo final. El encolado tambien se puede realizar en la maquina de papel, por aplicacion a la superficie de la hoja.
Despues de la etapa de pulpacion, la pulpa de acuerdo con invencion puede someterse a una etapa de blanqueo (c). Tfpicamente, el blanqueo (d) se realiza para blanquear el material celulosico reducido a pulpa, preferentemente en presencia del polfmero cationico. El material celulosico puede tener todavfa un color tostado debido a la lignina que queda despues de la etapa de pulpacion (a). En dicho proceso de blanqueo, normalmente se anaden blanqueadores qmmicos, tales como hipoclorito sodico, al material celulosico reducido a pulpa para eliminar el color.
Despues de la etapa de pulpacion, la pulpa de acuerdo con invencion puede someterse a una etapa de refinado (e). El refinado (e) se realiza preferentemente en un denominado batidor o refinador de pulpa mediante fibrilacion de las fibras del material celulosico, preferentemente en presencia del polfmero cationico. El proposito es, preferentemente, cepillar y elevar las fibrillas de las superficies de las fibras para una mejor union entre sf durante la formacion de la lamina, lo que da lugar a un papel mas fuerte. Los batidores de pulpa (por ejemplo, batidor de Hollander, batidor de Jones-Bertram, etc.) procesan lotes de pulpa, mientras que los refinadores (por ejemplo, refinador de Chaflin, refinador de Jordan, refinadores de disco simple o doble, etc.) procesan la pulpa de forma continua.
Despues de la etapa de pulpacion, la pulpa de acuerdo con invencion puede someterse a una etapa de cribado (f). El cribado (f) se aplica preferentemente para eliminar el material fibroso y no fibroso indeseable del material celulosico, preferentemente en presencia del polfmero cationico, preferentemente mediante el uso de tamices rotatorios y limpiadores centnfugos.
Despues, tfpicamente en la etapa final del proceso de fabricacion de papel, el material celulosico se suministra a una maquina de papel, donde normalmente entra en el extremo humedo de la maquina de papel. Para el fin de la memoria descriptiva, la expresion "maquina de papel" se refiere preferentemente a cualquier dispositivo o componente de la misma que basicamente sirve para la formacion de laminas a partir de una suspension acuosa del material celulosico. Por ejemplo, la pulpeadora no debe considerarse un componente de la maquina de papel. La primera seccion del extremo humedo de la maquina de papel es tfpicamente la seccion denominada de alambre, donde el material celulosico se suministra a traves de una caja de flujo a la seccion de alambre y se distribuye de manera uniforme sobre toda la anchura de la maquina de papel y una cantidad significativa de agua de la dispersion acuosa o suspension acuosa del material celulosico se drena. Posteriormente, el material celulosico entra preferentemente en la seccion de prensado de la maquina de papel donde el agua restante se exprime para salir del material celulosico, que forma una red de material celulosico, que luego, a su vez, se suministra, preferentemente, en el extremo seco de la maquina de papel.
El denominado extremo seco de la maquina de papel comprende, preferentemente, una primera seccion de secado, una prensa de encolado, una segunda seccion de secado, una calandria, y bobinas "jumbo". La primera y la segunda seccion de secado comprenden, preferentemente, un numero de cilindros de secado calentados con vapor, en las que telas secadoras sinteticas pueden transportar la red de material celulosico alrededor de los cilindros hasta que la red de material celulosico este practicamente libre de humedad. En la prensa de encolado, una solucion acuosa de almidon puede anadirse a la superficie de la red de material celulosico con el fin de mejorar la superficie a efectos de la impresion. Preferentemente, despues se suministra la red de material celulosico a la calandria, donde se alisa y se pule. Posteriormente, el material celulosico normalmente se enrolla en la denominada seccion de bobina "jumbo".
En una realizacion preferida, al menos el 50 % en peso, mas preferentemente al menos el 60 % en peso, incluso mas preferentemente al menos 70 % en peso, mas preferentemente al menos 80 % en peso y en particular en
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menos 90 % en peso del poUmero cationico, que esta presente durante la etapa (a), aun esta presente en la etapa (g) del proceso de fabricacion de papel.
En caso de que la perdida de polfmero cationico durante el proceso de fabricacion de papel sea demasiado alta, se pueden anadir mas porciones del poUmero cationico durante cualquiera de las etapas del proceso (b), (c), (d), (e) y/o
(f).
Un segundo polfmero cationico que difiere en la naturaleza puede tambien anadirse al material celulosico antes de, durante o despues de las etapas del proceso (b) a (f) y/o despues de suministrar el material celulosico a la maquina de papel. El segundo polfmero cationico puede diferir en el peso molecular promedio y/o la cationicidad y/o la naturaleza qrnmica de los monomeros.
Sorprendentemente, se ha encontrado que el polfmero cationico, que se anade a la etapa (a), no solo reduce la DQO de los efluentes resultantes, tales como aguas residuales, sino tambien puede mejorar las propiedades de resistencia de los productos de papel finales obtenidos en la etapa (g). Esto indica que el polfmero cationico es estable durante todo el proceso de fabricacion de papel.
En una realizacion preferida, la pulpacion de material celulosico en presencia del polfmero cationico de acuerdo con la invencion da lugar a una disminucion en el valor de la DQO de las aguas residuales de al menos 3,0 % o de al menos 5,0%, mas preferentemente de al menos 10% o de al menos 15%, incluso mas preferentemente de al
menos 20 % o de al menos 25 %, mas preferentemente de al menos 30 % o de al menos 40 %, y en particular de al
menos 50 % o de al menos 60 % o de al menos 70 %, cuando se compara con la DQO de las aguas residuales, que se obtiene cuando el material celulosico se reduce a pulpa en ausencia del polfmero cationico.
El valor de la DQO se mide preferentemente de acuerdo con la norma ASTM D1252 o ASTM D6697.
En otra realizacion preferida, la pulpacion de material celulosico en presencia del polfmero cationico de acuerdo con la invencion da lugar a un incremento del valor de Scott Bond del producto de papel final de al menos 2,0 % o de al menos 5,0%, mas preferentemente de al menos 10% o de al menos 15%, incluso mas preferentemente de al menos 20 % o de al menos 25 %, mas preferentemente de al menos 30 % o de al menos 40 %, y en particular de al
menos 50 % o de al menos 60 % o de al menos 70 %, cuando se compara con el valor de Scott Bond medido para
el producto de papel final hecho de material celulosico que se redujo a pulpa en ausencia del polfmero cationico.
El valor de Scott Bond se mide preferentemente de acuerdo con TAPPI T 833 pm-94.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "polfmero cationico" se refiere a polfmeros solubles en agua y/o hinchables en agua, que tienen una carga neta positiva. Los polfmeros cationicos pueden ser ramificados o no ramificados, reticulados o no reticulados, injertados o no injertados. Los polfmeros cationicos de acuerdo con invencion son, preferentemente, no ramificados, no reticulados, no injertados.
Un experto en la tecnica conoce el significado de las expresiones "polfmero ramificado", "polfmero no ramificado", "polfmero reticulado" y "polfmero de injerto". Las definiciones para estos terminos pueden encontrarse preferentemente en A. D. Jenkins et al. Glossary of Basic Terms in Polymer Science. Pure & Applied Chemistry 1996, 68, 2287-2311.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "hinchable en agua" se refiere preferentemente al aumento de volumen de las partfculas de polfmero asociadas con la absorcion de agua (vease D. H. Everett. Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units. Appendix II, Part I: Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry. Pure & Applied Chemistry 1972, 31, 579-638). El comportamiento de hinchamiento de los polfmeros se puede medir a diferentes temperaturas y valores de pH en agua. Los pesos de los polfmeros hinchados se determinan a intervalos, despues de la eliminacion del agua de la superficie, hasta que se alcance el equilibrio de hinchamiento. El porcentaje de hinchamiento se calcula, preferentemente, segun la siguiente ecuacion: % de hinchamiento = 100 * [(Pt - P0) /P0], donde P0 es el peso inicial y Pt el peso final del gel a tiempo t (vease I. M. EI-Sherbiny et al. Preparation, characterization, swelling and in vitro drug release behaviour of poly[N- acryloylglycine-chitosan] interpolymeric pH and thermally-responsive hydrogels. European Polymer Journal 2005, 41, 2584-2591).
Los polfmeros cationicos hinchables en agua de acuerdo con la invencion pueden mostrar una % de hinchamiento de al menos 2,5 %, preferentemente de al menos 5,0 %, mas preferentemente de al menos 7,5 %, aun mas preferentemente de al menos 10%, mas preferentemente de al menos 15%, y en particular de al menos 20% medido en agua desmineralizada a 20 °C y pH 7,4 en tampon de fosfato despues de alcanzar el hinchamiento de equilibrio.
Para los fines de la memoria descriptiva, el termino "polfmero" se refiere preferentemente a un material compuesto por macromoleculas que contienen > 10 unidades monomericas (vease G. P. Moss et al. Glossary of Class Names of Organic Compounds and Reactive Intermediates Based on Structure. Pure & Applied Chemistry 1995, 67, 1307-
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El poKmero cationico de acuerdo con la invention puede consistir en un solo tipo de poKmero cationico o puede comprender diferentes poKmeros cationicos.
Los poKmeros cationicos pueden ser homopoKmeros, que comprenden preferentemente unidades de monomero cationico como el unico componente monomerico. Adicionalmente, los poKmeros cationicos tambien pueden ser copolimeros, es decir, bipoKmeros, terpolimeros, tetrapoKmeros, etc., que comprenden, por ejemplo, diferentes unidades de monomero cationico o unidades monomericas cationicas asi como no ionicas.
Para los fines de la memoria descriptiva, el termino "homopoKmero" se refiere preferentemente a un polimero derivado de una especie de monomero y el termino "copolimero" se refiere preferentemente a un polimero derivado de mas de una especie de monomero. Los copolimeros que se obtienen mediante copolimerizacion de dos especies de monomero se denominan bipolimeros, los obtenidos a partir de tres monomeros terpolimeros, los obtenidos a partir de cuatro monomeros, tetrapolimeros etc. (vease, Jenkins et al. Glossary of Basic Terms in Polymer Science. Pure & Applied Chemistry 1996, 68, 2287-2311).
En caso de que el polimero cationico sea un copolimero, es, preferentemente, un copolimero aleatorio, un copolimero estadistico, un copolimero de bloque, un copolimero periodico o un copolimero alternante, mas preferentemente un copolimero aleatorio.
Un experto en la tecnica conoce el significado de las expresiones "copolimero aleatorio", "copolimero estad^stico", "copoKmero periodico", "copolimero de bloque" y “copolimero alternante”. Las definiciones para estos terminos pueden encontrarse preferentemente en A. D. Jenkins et al. Glossary of Basic Terms in Polymer Science. Pure & Applied Chemistry 1996, 68, 2287-2311.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "al menos dos polimeros cationicos diferentes" se refiere a una mezcla de polimeros cationicos que comprende mas de uno, preferentemente dos, tres o cuatro polimeros cationicos que difieren unos de otros en sus unidades monomericas, el peso molecular, la polidispersidad y/o la tacticidad etc.
Preferentemente, el polimero cationico comprende unidades monomericas que derivan de monomeros radicalmente polimerizables, etilenicamente insaturados. Por lo tanto, en una realization preferida, la cadena principal del polimero del polimero cationico es una cadena de carbono que no esta interrumpida por heteroatomos, tales como nitrogeno u oxigeno. Preferentemente, el polimero cationico soluble en agua o hinchable en agua deriva de monomeros etilenicamente insaturados, preferentemente de derivados del acido acrilico, tales como esteres de acido acrilico, amidas de acido acrilico, acrilonitrilo, y similares. Preferentemente, el polimero cationico es un derivado de un poli(met)acrilato. En este sentido, el termino "(met)acrilo" se referira a metacrilo, ademas de a acrilo.
Preferentemente, el grado de polimerizacion del polimero cationico es de al menos 90 %, mas preferentemente al menos 95 %, aun mas preferentemente al menos 99 %, aun mas preferentemente al menos 99,9 %, mas preferentemente al menos 99,95 % y en particular al menos 99,99 %.
Preferentemente, el polimero cationico tiene un peso molecular comparativamente alto. Preferentemente, el peso molecular promedio en peso Pm del polimero cationico, que se puede medir, por ejemplo, mediante GPC, es de al menos 100.000 g/mol o al menos 250.000 g/mol, mas preferentemente al menos 500.000 g/mol o al menos 750.000 g/mol, aun mas preferentemente al menos 1.000.000 g/mol o al menos 1.250.000 g/mol, aun mas preferentemente al menos 1.500.000 g/mol o al menos 2.000.000 g/mol, mas preferentemente al menos 2.500.000 g/mol o al menos
3.000. 000 g/mol y en particular en el intervalo de 1.000.000 g/mol a 10.000.000 g/mol.
Preferentemente, la dispersidad del peso molecular Pm/Mn del polimero cationico esta dentro del intervalo de 1,0 a
4.0, mas preferentemente de 1,5 a 3,5 y, en particular, de 1,8 a 3,2.
En una realizacion preferida, el polimero cationico es un material cargado positivamente compuesto por macromoleculas que contienen > 10 unidades monomericas, donde al menos un monomero es un monomero cationico de formula general (V) como se define a continuacion.
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Preferentemente se usan dialquilaminoalquil(met)acrilamidas cuaternizadas con grupos alquilo de Ci a C3 o alquileno de C1 a C3 como monomeros cationicos para la fabrication de los poKmeros solubles en agua o hinchables en agua de acuerdo con la invention. Mas preferentemente se usan las sales de amonio cuaternizadas con cloruro de metilo, cuaternizadas con cloruro de etilo, cuaternizadas con cloruro de propilo, cuaternizadas con isopropilo N,N- dimetilaminoetil(met)acrilamida y/o N,N-dimetilaminopropil(met)acrilamida. En lugar de los cloruros de alquilo (es decir, cloruro de metilo, cloruro de etilo, cloruro de propilo, y cloruro de isopropilo), los correspondientes bromuros, yoduros, sulfatos, etc., tambien pueden usarse para la cuaternizacion de dichos derivados de N, N- dialquilaminoalquil(met)acrilamida.
En una realization preferida de la invencion, el poKmero cationico contiene unidades de monomero cationico seleccionadas del grupo que consiste en DIMAPA-Qua (N,N-dimetilaminopropilacrilamida cuaternizada), asi como unidades de monomero no ionico seleccionadas del grupo que consiste en acrilamida y metacrilamida.
Los polimeros cationicos tambien pueden ser tambien copolimeros, es decir, bipoKmeros, terpolimeros, tetrapolimeros, etc., que comprenden, por ejemplo, al menos dos unidades de monomero cationico o unidades monomericas cationicas asi como no ionicas y/o unidades monomericas anfifilas.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "unidades de monomero no ionico" se refiere, preferentemente, a monomeros de la formula general (II):
donde
R1 representa hidrogeno o metilo, y
R2 y R3 representan, de forma independiente uno de otro, hidrogeno, alquilo con de 1 a 5 atomos de carbono o hidroxialquilo con de 1 a 5 atomos de carbono.
Los monomeros no ionicos (met)acrilamida, N-metil(met)acrilamida, N-isopropil(met)acrilamida o (met)acrilamidas N,N-sustituidas tales como N,N-dimetil(met)-acrilamida, N,N-dietil(met)acrilamida, N-metil-N-etil(met)acrilamida o N- hidroxietil(met)acrilamida se utilizan preferentemente como comonomeros para la fabricacion de polimeros cationicos hinchables en agua o solubles en agua de acuerdo con la invencion. Mas preferentemente se usa el monomero no ionico acrilamida o metacrilamida.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "unidades de monomero anfifilo" se refiere, preferentemente, a monomeros de la formula general (III) y (IV):
donde
Z1 representa O, NH o NR4, donde R4 representa hidrogeno o metilo,
R1 representa hidrogeno o metilo,
R5 y R6 representan, de forma independiente uno de otro, de alquilo con de 1 a 6 atomos de carbono, R7 representa alquilo, arilo y/o aralquilo con de 8 a 32 atomos de carbono,
R8 representa alquileno con de 1 a 6 atomos de carbono, y
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Z- representa halogeno, iones de pseudohaluro, sulfato o acetato de metilo; o
R1
O
donde
Z 1 representa O, NH o NR4, donde R4 representa alquilo con de 1 a 4 atomos de carbono,
R1 representa hidrogeno o metilo,
R8 representa alquileno con de 1 a 6 atomos de carbono,
R9 representa alquileno con de 2 a 6 atomos de carbono, y
R10 representa hidrogeno, alquilo, arilo y/o aralquilo con de 8 a 32 atomos de carbono, y n representa un numero entero entre 1 a 50.
Los productos de conversion de acido (met)acrilico o (met)acrilamida con polietilenglicoles (de 10 a 40 unidades de oxido de etileno) que se han eterificado con un alcohol graso se utilizan preferentemente como monomeros anfifilos para la fabrication del pofimero cationico soluble en agua o hinchable en agua de acuerdo con la invention.
Para los fines de la memoria descriptiva, la expresion "unidades de monomeros anfifilos" preferentemente se refiere a monomeros cargados positivamente o no cargados, que poseen tanto un grupo hidrofilo como uno hidrofobo (vease, D. H. Everett. Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units. Appendix II, Part I: Definitions, Terminology and Symbols in Colloid and Surface Chemistry. Pure & Applied Chemistry 1972, 31, 579-638).
En una realization preferida, los pofimeros cationicos contienen al menos 10% en peso, mas preferentemente al menos 25 % en peso, aun mas preferentemente al menos 50 % en peso, lo mas preferentemente al menos 75 % en peso y, en particular, 100% en peso de unidades monomericas cationicas. Mas preferentemente, los pofimeros cationicos contienen 10 - 100 % en peso, mas preferentemente 15-90 % en peso, todavia mas preferentemente 2080 % en peso, lo mas preferentemente 25-70 % en peso, y, en particular, 30-60 % en peso de unidades de monomero cationico. En otra realizacion preferida, los pofimeros cationicos contienen al menos 1,0% molar, mas preferentemente al menos 2,5 % molar, aun mas preferentemente al menos 5,0 % molar, lo mas preferentemente al menos 7,5%% molar y, en particular, al menos 10% molar de unidades monomericas cationicas. Mas preferentemente, los pofimeros cationicos contienen 2,5 - 40 % molar, mas preferentemente 5,0-30 % molar, todavia mas preferentemente 7,5-25 % molar, lo mas preferentemente 8,0-22 % molar, y, en particular, 9,0-20 % molar de unidades de monomero cationico.
En una realizacion preferida particular, el pofimero cationico es un copofimero de acrilamida o metacrilamida con dialquilaminoalquil(met)acrilamidas cuaternizadas; mas preferentemente un copofimero de acrilamida con DIMAPA- chuta (N,N-dimetilaminopropilacrilamida cuaternizada; donde el contenido de monomeros cationicos esta preferentemente dentro del intervalo de 10 a 99 en % en peso, mas preferentemente 15 a 90 % en peso, aun mas preferentemente de 20 a 80 %, lo mas preferentemente de 25 a 70 % en peso y, en particular, de 30 a 60 % en peso basado en el peso total del pofimero cationico.
El pofimero cationico deriva de monomeros identicos o diferentes de acuerdo con la formula general (V),
R1
H2C
donde
R1 representa -H o -CH3, y
R11 representa alquileno C2-C6-N+(alquilo C1-C3)3X-, donde X- es un anion adecuado, tal como Cl-, Br-, SO42-, y similares.
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Preferentemente, el poKmero cationico no contiene ninguna unidad de vinilamina o derivados de la misma, tales como acilatos (por ejemplo, vinilamina, mono- o di-N-alquilvinilamina, N-alquilvinilamina cuaternizada, N- formilvinilamina, N-acetilvinilamina), y similares.
Sorprendentemente, se ha descubierto que los restos de amida en la cadena lateral del polfmero resultante aguantan las condiciones de fabricacion de papel, mientras que las cadenas laterales similares, tales como esteres, tienden a descomponerse (saponificacion), al menos en cierta medida, incluso si no hay esterasas presentes. Dado que la carga cationica se encuentra en la cadena lateral de los monomeros de acuerdo con la formula general (V), la saponificacion dana lugar a una perdida de cationicidad. Esta parece ser la razon por la cual los dialquilaminoalquil(met)acrilatos cuaternizados son, aunque sigue siendo eficaces, menos eficaces que las dialquilaminoalquil(met)acrilamidas cuaternizadas. Por lo tanto, los homopolfmeros de dialquilaminoalquil(met)acrilamidas cuaternizadas o los copolfmeros de dialquilaminoalquil(met)acrilamidas cuaternizadas se emplean preferentemente como polfmeros cationicos.
El polfmero cationico de acuerdo con la invencion comprende, preferentemente, un polfmero cationico, preferentemente, como el unico componente polimerico; o dos polfmeros cationicos diferentes, preferentemente como los unicos componentes polimericos; o tres polfmeros cationicos, preferentemente como los unicos componentes polimericos; o cuatro polfmeros cationicos, preferentemente como los unicos componentes polimericos; o incluso mas de cuatro polfmeros cationicos, preferentemente como los unicos componentes polimericos.
En una realizacion particularmente preferida, el polfmero cationico de acuerdo con la invencion contiene al menos un polfmero cationico A y/o al menos un polfmero cationico B como se define a continuacion en el presente documento.
El polfmero cationico A es, preferentemente, de alto peso molecular con un peso molecular promedio (Pm) de > 1,0 * 106 g/mol, medido mediante el metodo de GPC. El polfmero cationico B es, preferentemente, un polfmero de bajo peso molecular con un peso molecular promedio (Pm) de, como maximo, 500.000 g/mol, mas preferentemente de como maximo 400.000 g/mol, aun mas preferentemente de como maximo 300.000 g/mol, lo mas preferentemente de como maximo 200.000 g/mol, medido mediante el metodo de GPC.
Por lo tanto, se prefiere que el peso molecular promedio de polfmero cationico A es mayor que el peso molecular promedio del polfmero cationico B. La relacion de los pesos moleculares promedio del polfmero cationico A y el polfmero cationico B puede ser de al menos 4,0, preferentemente al menos 10, mas preferentemente al menos 20, aun mas preferentemente al menos 25, lo mas preferentemente al menos 30, y en particular al menos 40.
En una realizacion particularmente preferida, el polfmero cationico de acuerdo con la invencion comprende al menos un polfmero cationico A soluble en agua o hinchable en agua y/o al menos un polfmero cationico B soluble en agua o hinchable en agua como los unicos componentes polimericos.
La preparacion de los polfmeros cationicos solubles en agua e hinchables en agua es conocida por la persona experta en la materia. Por ejemplo, los polfmeros de acuerdo con invencion se pueden preparar mediante tecnicas de polimerizacion de acuerdo con los procedimientos descritos en los documentos WO 2005/092954, WO 2006/072295 y WO 2006/072294.
Dependiendo del procedimiento utilizado para la preparacion del polfmero cationico soluble en agua o hinchable en agua, los respectivos productos polimericos pueden comprender sustancias adicionales tales como alcoholes polifuncionales, sales solubles en agua, agentes quelantes, iniciadores de radicales libres y/o sus respectivos productos de degradacion, agentes reductores y/o sus respectivos productos de degradacion, oxidantes y/o sus respectivos productos de degradacion, etc.
El polfmero cationico de acuerdo con la invencion pueden se solido, en forma de una solucion, dispersion, emulsion o suspension.
Para los fines de la memoria descriptiva, el termino "dispersion" comprende preferentemente dispersiones acuosas, dispersiones de agua en aceite y dispersiones de aceite en agua. Un experto en la materia conoce el significado de estos terminos; a este respecto, se puede tambien hacer referencia a los documentos EP 1 833 913, WO 02/46275 y WO 02/16446.
Preferentemente, el polfmero cationico de acuerdo con la invencion se disuelve, dispersa, emulsiona o suspende en un disolvente adecuado. El disolvente puede ser agua, un disolvente organico, una mezcla de agua con al menos un disolvente organico o una mezcla de disolventes organicos.
En otra realizacion preferida, el polfmero cationico de acuerdo con la invencion esta en la forma de una solucion, donde el polfmero cationico se disuelve en agua como unico disolvente o en una mezcla que comprende agua y al menos un disolvente organico.
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Mas preferentemente, el poKmero cationico esta en forma de una dispersion, una emulsion o una suspension, donde el polfmero cationico se dispersa, emulsiona o suspende en una mezcla que comprende agua y al menos un disolvente organico. Preferentemente, el polfmero cationico esta en forma de una dispersion, una emulsion o una suspension, donde el polfmero cationico se dispersa, emulsiona o suspende en agua como unico disolvente, es decir no hay disolvente organico presente. En otra realizacion preferida de la invencion, el polfmero cationico esta en forma de una dispersion, donde el polfmero cationico se dispersa en agua como unico disolvente o en una mezcla que comprende agua y al menos un disolvente organico. Se prefiere especialmente que la dispersion de polfmero cationico de acuerdo con la invencion este sustancialmente libre de aceite.
En una realizacion preferida, el contenido del polfmero cationico de acuerdo con la invencion en la solucion, dispersion, emulsion o suspension es como maximo de 50 % en peso, mas preferentemente como maximo 40 % en peso, incluso mas preferentemente como maximo 30 % en peso, lo mas preferentemente como maximo 20 % en peso y en particular como maximo 10% en peso en funcion del peso total de la solucion, dispersion, emulsion o suspension.
Los disolventes organicos adecuados son, preferentemente, alcoholes de peso molecular bajo (por ejemplo, metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, terc-butanol, etc.), eteres de bajo peso molecular (por ejemplo, eter dimetilico, eter dietflico, eter di-n-propflico, eter diisopropflico etc.), cetonas de bajo peso molecular (por ejemplo, acetona, butan-2-ona, pentan-2-ona, pentan-3-ona, etc .), hidrocarburos de bajo peso molecular (por ejemplo, n-pentano, n-hexano, eter de petroleo, ligroma, benceno, etc.) o hidrocarburos de bajo peso molecular halogenados (por ejemplo, cloruro de metileno, cloroformo, etc.) o mezclas de los mismos.
Cuando se emplea el polfmero cationico en forma de una dispersion polimerica, la dispersion de polfmero cationico, que esta preferentemente sustancialmente libre de aceite, preferentemente tiene una densidad de al menos 500 kg/m3, mas preferentemente de al menos 600 kg/m3, incluso mas preferentemente de al menos 700 kg/m3, lo mas preferentemente de al menos 800 kg/m3, y en particular de al menos 1.000 kg/m3. Mas preferentemente, la dispersion de polfmero cationico, que esta preferentemente sustancialmente libre de aceite, tiene una densidad de 550 a 2.000 kg/m3, mas preferentemente de 650 a 1800 kg/m3, incluso mas preferentemente de 750 a 1.600 kg/m3, mas preferentemente de 850 a 1400 kg/m3, y en particular de 950 a 1.200 kg/m3.
En una realizacion preferida, la viscosidad del producto de la dispersion de polfmero cationico de acuerdo con la invencion, que esta preferentemente sustancialmente libre de aceite, es de al menos 2000 mPa.s, mas preferentemente al menos 4.000 mPa.s, incluso mas preferentemente al menos 6000 mPa.s, mas preferentemente al menos 7.000 mPa.s, y en particular al menos 10.000 mPa.s. En otra realizacion preferida, la dispersion de polfmero cationico de acuerdo con la invencion, que esta preferentemente sustancialmente libre de aceite, tiene una viscosidad del producto de 1.000 a 20.000 mPa.s, mas preferentemente de 3.000 a 18.000 mPa.s, incluso mas preferentemente de 5.000 a 15.000 mPa.s, lo mas preferentemente de 8.000 a 12.000 mPa.s, y en particular de
9.000 a 11.000 mPa.s.
Cuando se emplea el polfmero cationico en forma de una solucion polimerica, la solucion de polfmero cationico tiene preferentemente tiene una densidad de al menos 500 kg/m3, mas preferentemente de al menos 600 kg/m3, incluso mas preferentemente de al menos 700 kg/m3, lo mas preferentemente de al menos 800 kg/m3, y en particular de al menos 1.000 kg/m3. Mas preferentemente, la solucion de polfmero cationico tiene una densidad de 550 a 2.000 kg/m3, mas preferentemente de 650 a 1.800 kg/m3, incluso mas preferentemente de 750 a 1.600 kg/m3, lo mas preferentemente de 850 a 1.400 kg/m3, y en particular de 950 a 1.100 kg/m3.
En una realizacion preferida, la viscosidad del producto de la solucion de polfmero cationico es de al menos 200 mPa.s, mas preferentemente al menos 400 mPa.s, incluso mas preferentemente al menos 800 mPa.s, lo mas preferentemente al menos 1.500 mPa.s, y en particular al menos 2.000 mPa.s. En otra realizacion preferida, la solucion de polfmero cationico tiene una viscosidad del producto de 300 a 3.000 mPa.s, mas preferentemente de 500 a 2.750 mPa.s, incluso mas preferentemente de 1.000 a 2.500 mPa.s, lo mas preferentemente de 1.500 a 2.250 mPa.s, y en particular de 1.900 a 2.100 mPa.s.
Cuando se emplea el polfmero cationico en forma de una emulsion polimerica, la emulsion de polfmero cationico tiene preferentemente tiene una densidad de al menos 500 kg/m3, mas preferentemente de al menos 600 kg/m3, incluso mas preferentemente de al menos 700 kg/m3, lo mas preferentemente de al menos 800 kg/m3, y en particular de al menos 1.000 kg/m3. Mas preferentemente, la emulsion de polfmero cationico tiene una densidad de 550 a
2.000 kg/m3, mas preferentemente de 650 a 1.800 kg/m3, incluso mas preferentemente de 750 a 1.600 kg/m3, lo mas preferentemente de 850 a 1.400 kg/m3, y en particular de 950 a 1.100 kg/m3.
En una realizacion preferida, la viscosidad del producto de la emulsion de polfmero cationico es de al menos 1.000 mPa.s, mas preferentemente al menos 1.300 mPa.s, incluso mas preferentemente al menos 1.500 mPa.s, lo mas preferentemente al menos 1.700 mPa.s, y en particular al menos 1.900 mPa.s. En otra realizacion preferida, la emulsion de polfmero cationico tiene una viscosidad del producto de 1.000 a 3.500 mPa.s, mas preferentemente de 1.200 a 3.250 mPa.s, incluso mas preferentemente de 1.400 a 3.000 mPa.s, lo mas preferentemente de 1.600 a 2.700 mPa.s, y en particular de 1.800 a 2.200 mPa.s.
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El poKmero cationico de acuerdo con la invencion tambien puede ser un solido, es decir, en forma de partfculas, tal como en forma de granulados, pellas o polvos.
Preferentemente, el granulado de polfmero cationico tiene una densidad aparente de al menos 100 kg/m3, mas preferentemente de al menos 250 kg/m3, incluso mas preferentemente de al menos 400 kg/m3, lo mas preferentemente de al menos 500 kg/m3, y en particular de al menos 600 kg/m3. Mas preferentemente, el granulado de polfmero cationico tiene una densidad aparente de 100 a 1.000 kg/m3, mas preferentemente de 200 a 900 kg/m3, incluso mas preferentemente de 300 a 800 kg/m3, lo mas preferentemente de 450 a 700 kg/m3, y en particular de 550 a 675 kg/m3.
Preferentemente, las partfculas solidas de polfmero cationico (es decir, granulos, pellas, partfculas en polvo, etc.) tienen un diametro medio de < 10.000 pm, preferentemente de < 5.000 pm, mas preferentemente de < 3.000 pm, aun mas preferentemente de < 2.000 pm, y en particular de > 1.000 pm. Mas preferentemente, las partfculas de polfmero cationico de acuerdo con la invencion tienen un diametro promedio de 100 a 5.000 pm, preferentemente de 100 a 4.000 pm, mas preferentemente de 100 a 3.000 pm, aun mas preferentemente de 100 a 2.000 pm y en particular de 100 a 1000 pm.
El polfmero cationico en la forma de una solucion, dispersion, emulsion, suspension, granulado, pellas o polvo esta, preferentemente, dispersado, emulsionado, suspendido, disuelto o diluido en un disolvente adecuado tal como agua, un disolvente organico, una mezcla de agua con al menos un disolvente organico, o una mezcla de al menos dos disolventes organicos, antes de su adicion al material celulosico.
El metodo de acuerdo con la invencion es adecuado para la fabricacion de papel o de carton. Preferentemente, el papel o carton tiene un peso del area inferior a 150 g/m2, de 150 g/m2 a 600 g/m2 o de mas de 600 g/m2 En una realizacion preferida, el peso del area esta dentro del intervalo de 70±35 g/m2, mas preferentemente 70±30 g/m2, aun mas preferentemente 70±25 g/m2, todavfa mas preferentemente 70±20 g/m2, lo mas preferentemente 70±15 g/m2 y en particular 70±10 g/m2. En otra realizacion preferida, el peso del area esta dentro del intervalo de 150±50 g/m2, mas preferentemente 150±45 g/m2, aun mas preferentemente 150±40 g/m2, todavfa mas preferentemente 150±35 g/m2, lo mas preferentemente 150±30 g/m2 y en particular 150±25 g/m2.
Un segundo aspecto de la invencion se refiere al uso del polfmero cationico como se ha definido anteriormente en el metodo para la fabricacion de papel, carton o cartoncillo como se ha descrito con detalle anteriormente, es decir, el uso de al menos una porcion del polfmero cationico durante la pulpacion del material celulosico en la etapa (a). El material celulosico reducido a pulpa obtenido de esta manera puede someterse a etapas adicionales del proceso, por ejemplo, a las etapas (b) a (f), antes de su suministro a la maquina de papel en la etapa (g).
Ejemplos
Se usaron los polfmeros cationicos P-1 a P-4 que tienen las propiedades siguientes:
- Composicion de (co)monomero Estado Densidad Sustancia activa Viscosidad de la sal
- P-1
- DIMAPA-Cuat., 56% en peso acrilamida, 44 % en peso granulos 0,6 ~90 % en peso 350-700
- P-2
- DIMAPA-Cuat., 80% en peso acrilamida, 20 % en peso Emulsion de a/ac 1,03 40,5 % en peso 120-230
- P-3
- DIMAPA-Cuat., 100 % en peso - Emulsion de a/ac 1,03 42,1 % en peso 80-120
- P-4
- ADAME-Cuat., 70% en peso acrilamida, 30 % en peso granulos 0,6 ~90 % en peso 700-1.400
P-1 y P-4 se sintetizaron a partir de una dispersion acuosa que contiene los monomeros. P-2 y P-3 se sintetizaron a partir de una dispersion de monomero de agua en aceite que contiene agua, alcano C16-C20, emulsionante y monomeros. La polimerizacion por radicales se inicio mediante la adicion de un iniciador. P-4 se polimerizo en presencia de 10 % en peso de P-1 como dispersante polimerico cationico.
La viscosidad de la sal de P-1 a P-4 se midio de acuerdo con el siguiente procedimiento general: se preparo una mezcla acuosa que contiene 0,9 % en peso de polfmero basado en el contenido de polfmero activo. 30 g de dicha mezcla acuosa se diluyeron mediante la adicion de una solucion de 30 g de cloruro sodico en 270 ml de agua. La mezcla global se agito durante 30 minutos. La temperatura se ajusto a 20 °C y la mezcla se dejo en reposo durante 5 minutos. Posteriormente, un husillo n.° 1 se sumergio lentamente en la mezcla y la viscosidad se midio a 10 Upm, siempre que el valor fuera constante durante 1 minuto. Las burbujas de aire en el husillo se evitaron estrictamente.
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Ejemplo 1
El material de reciclaje que consiste en 50 % de papel residual almacenado en departamento y 50 % de papel residual mezclado se redujo a pulpa en presencia de un polfmero cationico. La consistencia de la madre del material celulosico durante la pulpacion fue del 4,2 %. Despues de la pulpacion, el material celulosico reducido a pulpa se diluyo con agua blanca a 1,0 %. A continuacion, se utilizo la madre diluida del material celulosico reducido a pulpa para la preparacion de hojas de papel.
La siguiente tabla indica el polfmero cationico empleado y su concentracion durante la etapa de pulpacion:
- Muestra
- Concentracion [g/tonelada metrica] Polfmero cationico
- (cationicidad) [estado]
- Monomero no ionico Monomero cationico
- Comp. 1
- — — — —
- Muestra 2
- 1.000 P-1 acrilamida DIMAPA-Cuat.
- Muestra 3
- 1.500
- Muestra 4
- 2.000
- Muestra 5
- 2.500 P-2 DIMAPA-Cuat.
- Muestra 6
- 3.750
- Muestra 7
- 5.000
- Muestra 8
- 2.500 P-3 — DIMAPA-Cuat.
- Muestra 9
- 3.750
- Muestra 10
- 5.000
Se determino el valor de la DQO del agua drenada y se midio el valor de Scott Bond, la longitud de la tension y la presion de rotura de las hojas de papel fabricadas. Los resultados de las mediciones para la muestra comparativa 1 y las muestras 2 a 10 se muestran en la siguiente tabla:
- Muestra
- Polfmero DQO [mg/l] Scott Bond [mJ] Longitud de la tension [N] Presion de rotura [kPa]
- Comp. 1
- - 3.930 32,0 31,9 24,0
- Muestra 2
- 3.648 33,2 31,2 34,2
- Muestra 3
- P-1 3.544 36,0 32,8 29,8
- Muestra 4
- 3.461 38,0 28,3 22,2
- Muestra 5
- P-2 3.354 35,0 31,3 27,8
- Muestra 6
- 3.345 31,0 26,4 31,2
- Muestra 7
- 3.272 32,0 30,0 17,0
- Muestra 8
- P-3 3.369 36,0 28,2 30,3
- Muestra 9
- 3.295 31,0 26,0 23,0
- Muestra 10
- 3.164 31,0 27,0 22,0
Los resultados del Ejemplo 1 tambien se muestran en las figuras 1 a 4.
Como puede verse en el ejemplo 1, los mejores resultados se pueden lograr con el polfmero cationico P-1. El valor de Scott Bond se ha mejorado en un 12 % y la presion de rotura se mejora en un 24 % en comparacion con el valor del blanco de la muestra comparativa 1. La dosis optima para P-1 es de aproximadamente 1.500 g/tonelada metrica. Cuando la dosis se incrementa aun mas hasta aproximadamente 2.000 g/tonelada metrica, la resistencia del papel disminuye sustancialmente. Las mejoras tambien se pueden lograr con los polfmeros cationicos P-2 y P-3, aunque el efecto no es tan drastico como con el polfmero P-1. Aqm, la dosis optima es de aproximadamente 2.500 g/tonelada metrica. La demanda qmmica de oxfgeno puede reducirse con los tres polfmeros, mientras que el efecto es mas pronunciado con los polfmeros emulsionados (P-2 y P-3).
Ejemplo 2
El material de reciclaje que consiste en 100 % de papel residual almacenado en departamento se redujo a pulpa en presencia de un polfmero cationico. La consistencia de la madre del material celulosico durante la pulpacion fue del
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4,3 %.
Despues de la pulpacion, el material celulosico reducido a pulpa se diluyo con agua blanca a 1,0 %. La madre diluida del material celulosico reducido a pulpa se sometio despues a cizalladura durante 15 segundos con un batido de mano. El material celulosico resultante se uso despues para la preparacion de hojas de papel.
El valor de la DQO y la turbidez del agua de drenaje se determinaron inmediatamente despues de recoger el agua drenada y 24 horas despues de la recoleccion. Adicionalmente, se midieron el valor de Scott Bond (TAPPI T 833 pm-94) y la presion de rotura (= resistencia al estallido de Mullen; TAPPI 403os-76; ASTM D774) de las hojas de papel fabricadas.
La siguiente tabla indica el polfmero cationico usado y su concentracion durante la etapa de pulpacion:
- Muestra
- Concentracion [g/tonelada metrica] Polfmero cationico
- (cationicidad) [estado] Monomero no ionico Monomero cationico
- Comp. 11
- — — — —
- Muestra 12
- 1.000 P-1 acrilamida DIMAPA-Cuat.
- Muestra 13
- 1.500
- Muestra 14
- 2.000
- Muestra 15
- 1.000 P-4 comparativo acrilamida ADAME-Cuat.
- Muestra 16
- 1.500
- Muestra 17
- 2.000
Los resultados de las mediciones para la muestra comparativa 11 y las muestras 12 a 17 se muestran en la siguiente tabla:
- Muestra
- Polfmero DQO [mg/l] DQO tras 24 h [mg/l] Turbidez Scott Bond [mJ] Longitud de la tension [N] Presion de rotura [kPa]
- Comp. 11
- — 6,112 6,025 911.0 34 47 118
- Muestra 12
- P-1 5,989 5,792 154.0 40 52 112
- Muestra 13
- 5,830 4,683 88.5 44 52 132
- Muestra 14
- 5,823 4,666 58.9 43 48 98
- Muestra 15
- P-4 comparativo 6,161 5,691 425.0 40 46 126
- Muestra 16
- 6,067 5,521 249.0 40 51 118
- Muestra 17
- 5,705 5,021 118.0 39 51 115
Los resultados del Ejemplo 2 tambien se muestran en las figuras 5 a 9.
Como puede verse a partir del ejemplo 2, la dosis optima para P-1 y P-4 es de aproximadamente 1.500 g/tonelada metrica. Ambos polfmeros mejoran el valor de Scott Bond, la longitud de la tension y la presion de rotura en comparacion con el valor del blanco de la muestra comparativa 11. La demanda qmmica de oxfgeno y la turbidez tambien pueden reducirse con ambos polfmeros. Al comparar P-1 con P-4, se hace evidente que P-1 (derivado de DIMAPA-Cuat.) es superior con respecto a P-4 (derivado de ADAME-Cuat.).
Claims (13)
- 510152025303540455055REIVINDICACIONES1. Un metodo para fabricar papel o carton, que comprende las etapas de(a) pulpacion de un material celulosico procedente de residuos de papel recuperado, en presencia de un poKmero cationico que se deriva de monomeros de acuerdo con la formula general (V),
imagen1 dondeR representa -H o -CH3, yR11 representa alquileno C2-C6-N+(alquilo Ci-C3)3X-, donde X- es Cl-, Br- o SO42"; y (g) suministro del material celulosico a una maquina de papel. - 2. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde en la etapa (a) el poKmero cationico esta presente en una cantidad de al menos 100 g/tonelada metrica en funcion de la cantidad total de la composition que contiene el material celulosico.
- 3. El metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde en la etapa (a) el material celulosico tiene una consistencia de la pasta madre dentro del intervalo de 3,0 a 6,0 %.
- 4. El metodo acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde- la pulpacion mecanica del material celulosico se realiza exponiendo el material celulosico a fuerza de cizalladura; y/o- la pulpacion qmmica del material celulosico se realiza en presencia de agua, sulfuro sodico, hidroxido sodico, acido sulfuroso y/o bisulfito sodico; y/o- la pulpacion semiqmmica del material celulosico se realiza en presencia de sulfuro sodico, hidroxido sodico, acido sulfuroso y/o bisulfito sodico, mientras que el material celulosico se expone a fuerza de cizalladura.
- 5. El metodo acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de(c) mezclar el material celulosico en un vaso de reaction donde los aditivos tales como colorantes, cargas y agentes de encolado se anaden al material celulosico reducido a pulpa; y/o(d) blanquear el material celulosico; y/o(e) refinar el material celulosico; y/o(f) cribar y/o limpiar el material celulosico.
- 6. El metodo acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde al menos un 50 % en peso del poKmero cationico, que esta presente durante la etapa (a), aun esta presente en la etapa (g).
- 7. El metodo acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el poKmero cationico tiene un peso molecular promedio en peso Pm de al menos al menos 100.000 g/mol.
- 8. El metodo acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el poKmero cationico comprende unidades de monomero no ionico derivadas de acrilamida o metacrilamida.
- 9. El metodo acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el poKmero cationico comprende unidades de monomero cationico derivadas de N,N-dimetilaminopropilacrilamida cuaternizada.
- 10. El metodo acuerdo con la revindication 8 o 9, donde el poKmero cationico tiene un contenido de unidades de monomero cationico dentro del intervalo de 10-100 % en peso basado en el peso total del poKmero cationico.
- 11. El metodo acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde un segundo poKmero cationico se anade al material celulosico en la maquina de papel.
- 12. Uso de un poKmero cationico en un metodo como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 u 11.
- 13. El uso de acuerdo con la reivindicacion 12, donde el poUmero cationico se define como en cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10.
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