ES2836770T3 - Composición de polímero y sus usos - Google Patents

Composición de polímero y sus usos Download PDF

Info

Publication number
ES2836770T3
ES2836770T3 ES17822358T ES17822358T ES2836770T3 ES 2836770 T3 ES2836770 T3 ES 2836770T3 ES 17822358 T ES17822358 T ES 17822358T ES 17822358 T ES17822358 T ES 17822358T ES 2836770 T3 ES2836770 T3 ES 2836770T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
polymer
polymer composition
weight
sludge
host
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17822358T
Other languages
English (en)
Inventor
Matti Hietaniemi
Rosa Carceller
Asko Karppi
Joonas Likander
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kemira Oyj
Original Assignee
Kemira Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kemira Oyj filed Critical Kemira Oyj
Application granted granted Critical
Publication of ES2836770T3 publication Critical patent/ES2836770T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52Amides or imides
    • C08F220/54Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C08F220/56Acrylamide; Methacrylamide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F265/00Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00
    • C08F265/10Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of unsaturated monocarboxylic acids or derivatives thereof as defined in group C08F20/00 on to polymers of amides or imides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/24Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C08L33/26Homopolymers or copolymers of acrylamide or methacrylamide
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/37Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. polyacrylates
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/37Polymers of unsaturated acids or derivatives thereof, e.g. polyacrylates
    • D21H17/375Poly(meth)acrylamide
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/44Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups cationic
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/44Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups cationic
    • D21H17/45Nitrogen-containing groups
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/20Macromolecular organic compounds
    • D21H17/33Synthetic macromolecular compounds
    • D21H17/34Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H17/41Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups
    • D21H17/44Synthetic macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing ionic groups cationic
    • D21H17/45Nitrogen-containing groups
    • D21H17/455Nitrogen-containing groups comprising tertiary amine or being at least partially quaternised
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H21/00Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its function, form or properties; Paper-impregnating or coating material, characterised by its function, form or properties
    • D21H21/06Paper forming aids
    • D21H21/10Retention agents or drainage improvers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2500/00Characteristics or properties of obtained polyolefins; Use thereof
    • C08F2500/17Viscosity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2500/00Characteristics or properties of obtained polyolefins; Use thereof
    • C08F2500/24Polymer with special particle form or size
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/64Paper recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

Composición de polímero, que comprende - Como máximo 10% en peso de un primer polímero anfitrión, que es un copolímero de (met)acrilamida y al menos un primer monómero catiónico y tiene un peso molecular promedio en peso < 50000 g/mol, - Un segundo polímero, que es un copolímero de (met)acrilamida y al menos un segundo monómero catiónico, polimerizándose el segundo polímero en presencia del primer polímero anfitrión, En donde el primer polímero anfitrión tiene una mayor cationicidad que el segundo polímero, siendo la diferencia de cationicidad del primer polímero anfitrión y el segundo polímero al menos 3% en moles, preferiblemente al menos 5% en moles, más preferiblemente al menos 7% en moles, y en donde la composición de polímero tiene una densidad de carga de como máximo 3,0 meq/g y una viscosidad estándar de > 2,0 mPas, disuelta y medida al 0,1% en peso de contenido de sólidos en una solución acuosa de NaCl (1 M), a 25ºC, utilizando un viscosímetro Brookfield DVII T con adaptador UL y la composición de polímeros está libre de cualquier fase oleosa y/o fase de disolvente orgánico.

Description

DESCRIPCIÓN
Composición de polímero y sus usos
La presente invención se refiere a una composición de polímeros y sus usos según los preámbulos de las reivindicaciones independientes adjuntas.
Los polímeros, como la poliacrilamida, se utilizan en la fabricación de papel y cartón para mejorar el drenaje durante la formación de la banda. El desafío en el drenaje es combinar una buena floculación inicial con una estructura densa de los flóculos. Los problemas de floculación conducen a una reducción de la calidad de la banda y los problemas de la estructura de los flóculos reducen el drenaje de agua en la deshidratación por prensado, lo que aumenta la demanda de secado en las siguientes etapas de secado, lo que puede así llegar a convertirse en la parte limitante para la productividad de la máquina de papel.
Los polímeros también se utilizan en la deshidratación de lodos, por ejemplo, en el tratamiento de aguas municipales, así como en los procesos de fabricación de papel y cartón. Los polímeros, tales como la poliacrilamida, se utilizan, por ejemplo, para la deshidratación de lodos de destintado en procesos de fabricación de papel que utilizan fibras recicladas. Los lodos de destintado comprenden, i.a., tinta, materiales poliméricos, cargas inorgánicas y material constituido por fibras. Se necesita una deshidratación eficaz de este lodo para su uso posterior, por ejemplo, como combustible en incineradoras o como aditivo en la fabricación de productos a base de cemento, paneles que contienen madera, materiales compuestos o su carbonización en coque. Los procesos de fabricación de papel y cartón comprenden también otros lodos, que contienen material fibroso y que requieren una deshidratación eficiente.
Hoy en día la circulación de agua de una máquina de papel o cartón es cada vez más cerrada y se minimiza la cantidad de agua dulce utilizada. Esto puede conducir al enriquecimiento de sustancias químicas en el agua de circulación y, por ejemplo, al aumento de la conductividad del agua que se utiliza para la fabricación de pasta papelera de fibras. También está aumentando el uso de fibras recicladas como materia prima, lo que puede conducir a un aumento de sustancias disueltas y coloidales, la denominada basura aniónica, en las pasta papelera de fibras. Se ha observado que la eficiencia de rendimiento de los sistemas de drenaje convencionales, que emplean poliacrilamidas lineales catiónicas o aniónicas con alto peso molecular, disminuye cuando se usan junto con una pasta papelera de fibras que tiene alta conductividad y/o mayores cantidades de basura aniónica. La pérdida de rendimiento del polímero conduce a una disminución del drenaje, en la retención de fibras y finos, así como una disminución de la deshidratación en la prensa. Un simple aumento en la dosis de polímero, tal como la poliacrilamida, no es una solución óptima, incluso si las pastas papeleras de fibras con alta conductividad y/o alta concentración de sustancias disueltas y coloidales pudieran requerirlo. Una mayor adición de poliacrilamida de alto peso molecular puede eventualmente conducir a una floculación excesiva de la pasta papelera de fibras, lo que reduce aún más la velocidad de deshidratación en la prensa y provoca una mala formación, reduciendo así tanto la productividad del proceso como la resistencia del papel producido.
Para mejorar la eficiencia de deshidratación y prensado en la fabricación de ciertos grados de papel se han usado polímeros de bajo peso molecular con alta densidad de carga, ya sea solos o con sistemas que implican el uso de poliacrilamida catiónica de alto peso molecular. Sin embargo, estos polímeros de bajo peso molecular tienen una capacidad limitada para proporcionar la retención necesaria sin aumentar la dosificación de polímero, lo que puede conducir a una sobrecationización del proceso de fabricación de papel o cartón y, como resultado, una mayor formación de espuma y otros problemas relacionados. Se conocen sistemas de dos componentes que comprenden tanto polímero de bajo peso molecular con alta densidad de carga como poliacrilamida catiónica de alto peso molecular, pero son difíciles de controlar y añaden complejidad al proceso de fabricación de papel o cartón. Además, se ha observado que los sistemas de dos componentes aún pueden ser incapaces de proporcionar las propiedades de papel y la productividad deseadas en condiciones desafiantes con alta conductividad, mala calidad de las fibras y mayor carga de sustancias, por ejemplo, ceniza, almidón, apresto o sustancias disueltas o coloidales.
El documento US 2012/101194 A1 describe polímeros catiónicos bimoleculares en emulsión inversa estables que se ensamblan mediante una polimerización en emulsión "in situ" de un polímero de alto peso molecular en presencia de un polímero de bajo peso molecular en la fase acuosa.
Existe la necesidad de nuevas composiciones eficaces que puedan usarse para el drenaje en la fabricación de papel o cartón. Sería ventajoso que las composiciones pudieran usarse también en la deshidratación de lodos.
Un objeto de esta invención es minimizar o incluso eliminar las desventajas existentes en la técnica anterior.
Un objeto es también proporcionar una composición de polímero que proporcione un drenaje eficaz en la fabricación de papel o cartón.
Otro objeto de esta invención es proporcionar una composición de polímeros que también sea adecuada para pastas papeleras de fibras que tienen una alta conductividad y/o una gran cantidad de sustancias disueltas y coloidales.
Otro objeto más de esta invención es proporcionar una composición de polímeros que sea adecuada para la deshidratación de lodos, especialmente la deshidratación de lodos de destintado.
Estos objetos se logran con la invención que tiene las características presentadas a continuación en las partes de caracterización de las reivindicaciones independientes. Algunas realizaciones preferidas se describen en las reivindicaciones dependientes.
Las características enumeradas en las reivindicaciones dependientes y las realizaciones en la descripción son mutua y libremente combinables a menos que se indique explícitamente lo contrario.
Las realizaciones ejemplo presentadas en este texto y sus ventajas se refieren por partes aplicables a todos los aspectos de la invención, incluso aunque esto no siempre se mencione separadamente.
La composición de polímeros típica según la presente invención comprende:
• Un primer polímero anfitrión, que es un copolímero de (met)acrilamida y al menos un primer monómero catiónico,
• Un segundo polímero, que es un copolímero de (met)acrilamida y al menos un segundo monómero catiónico, polimerizándose el segundo polímero en presencia del primer polímero anfitrión,
en donde el primer polímero anfitrión tiene una mayor cationicidad que el segundo polímero, siendo la diferencia de cationicidad del primer polímero anfitrión y el segundo polímero al menos 3% en moles, preferiblemente al menos 5% en moles, más preferiblemente al menos 7% en moles, y
en donde la composición de polímeros tiene una viscosidad estándar de > 2,0 mPas, medida al 0,1% en peso de contenido de sólidos en una solución acuosa de NaCl (1 M), a 25°C, usando un viscosímetro Brookfield DVII T con adaptador UL.
El uso típico de la composición de polímeros de acuerdo con la invención es para la deshidratación de lodos.
Otro uso típico de la composición de polímeros según la invención es como agente de drenaje en la fabricación de papel o cartón.
El método típico según la presente invención para fabricar papel o cartón comprende
• Obtener una pasta papelera de fibras,
• Agregar un agente de drenaje a la pasta papelera de fibras,
• Conformar la pasta papelera de fibras en una banda de fibras,
en donde el agente de drenaje comprende un componente polímero según la invención.
Ahora se ha descubierto sorprendentemente que se obtienen claras mejoras en el drenaje y la deshidratación con una composición de polímeros, que se obtiene polimerizando un segundo polímero en presencia de un primer polímero anfitrión. Por tanto, el primer polímero actúa como polímero anfitrión y como medio de polimerización para el segundo polímero. Tanto el primer como el segundo polímero son copolímeros de (met)acrilamida y sus propiedades proporcionan un efecto inesperado que mejora la formación y la estabilidad de los flóculos cuando la composición de polímeros se usa como agente de drenaje o agente de retención en la fabricación de papel o cartón o como aditivo en la deshidratación de lodos.
La composición de polímeros comprende un primer polímero anfitrión que es un copolímero de (met)acrilamida, preferiblemente acrilamida, y al menos un primer monómero catiónico, y un segundo polímero que es un copolímero de (met)acrilamida, preferiblemente acrilamida, y al menos un segundo monómero catiónico. El primer y/o segundo monómero se pueden seleccionar entre acrilato de 2-(dimetilamino)etilo (ADAM), cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl), acrilato de 2-(dimetilamino)etilo bencilcloruro, acrilato de 2-(dimetilamino)etilo dimetilsulfato, metacrilato de 2-dimetilaminoetilo (MADAM), cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio (MADAM-Cl), metacrilato de 2-dimetilaminoetilo dimetilsulfato, cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC) y cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC).
El primer polímero anfitrión puede prepararse preferiblemente mediante polimerización de (met)acrilamida y al menos un primer monómero catiónico, que se selecciona entre cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), cloruro de [3-(acrilamido)propil]trimetilamonio (APTAC) y [cloruro de 3-(metacrilamido)propil]trimetilamonio (MAPTAC) y cualquier combinación de los mismos. Incluso más preferiblemente, el primer polímero anfitrión puede prepararse mediante polimerización de acrilamida y cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC). Los monómeros catiónicos DADMAC, APTAC y MAPTAC muestran estabilidad hidrolítica que mejora la estabilidad general de la composición de polímeros obtenida. Además, la carga catiónica de estos monómeros no depende del pH, lo que hace que la composición de polímeros obtenida sea adecuada para diversas aplicaciones sin las limitaciones impuestas por el pH del proceso. El uso de copolímeros como primer polímero anfitrión en lugar de homopolímeros puede proporcionar propiedades ventajosas para la composición de polímeros, tales como mayor solubilidad y mayor peso molecular.
El primer polímero anfitrión puede prepararse polimerizando (met)acrilamida con un tipo de primer monómero catiónico, o el primer polímero anfitrión puede prepararse polimerizando (met)acrilamida con dos o más primeros monómeros catiónicos diferentes. Preferiblemente, el primer polímero anfitrión se prepara polimerizando (met)acrilamida con un tipo de primer monómero catiónico.
El segundo polímero se puede preparar preferiblemente mediante polimerización de (met)acrilamida y al menos un segundo monómero catiónico, que se selecciona del grupo que consiste en acrilato de 2-(dimetilamino)etilo (ADAM), cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl), metacrilato de 2-dimetilaminoetilo (MADAM), cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio (MADAM-Cl), cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC) y cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC). Preferiblemente, el segundo monómero catiónico se selecciona de cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl), cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio (MADAM-CI), cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC) y cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC), más preferiblemente de cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl). Los monómeros catiónicos ADAM-Cl, MADAM-Cl, APTAC y MAPTAC son preferibles como segundos monómeros catiónicos ya que su carga no depende del pH y se pueden obtener altos pesos moleculares para el segundo polímero cuando se usan estos monómeros catiónicos. Esto hace que la composición de polímeros sea adecuada para muchas aplicaciones diferentes y proporciona una estabilidad de rendimiento mejorada también en situaciones en las que el pH del proceso cambia durante el uso de la composición de polímeros. El alto peso molecular del segundo polímero puede mejorar especialmente el rendimiento de floculación de la composición de polímeros.
El segundo polímero puede prepararse polimerizando (met)acrilamida con un tipo de segundo monómero catiónico, o el segundo polímero puede prepararse polimerizando (met)acrilamida con dos o más segundos monómeros catiónicos diferentes. Preferiblemente, el segundo polímero se prepara polimerizando (met)acrilamida con un tipo de segundo monómero catiónico.
Preferiblemente, el primer o los primeros monómeros catiónicos y el segundo o los segundos monómeros catiónicos son diferentes entre sí. Esto significa que el primer polímero anfitrión y el segundo polímero son copolímeros de (met)acrilamida que son diferentes entre sí, es decir, el primer o los primeros monómeros catiónicos utilizados en la copolimerización del primer polímero anfitrión y el segundo o los segundos monómeros catiónicos utilizados en la copolimerización del segundo polímero son diferentes entre sí. Según una realización preferida, el primer monómero catiónico es cloruro de dialildimetilamonio y el segundo monómero catiónico es cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio.
Según una realización preferible, el primer monómero catiónico es cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC) y el segundo monómero catiónico es cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl) o cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio (MADAM-Cl), especialmente ADAM-Cl. Estas combinaciones dan una composición de polímeros en la que ambos polímeros tienen un peso molecular promedio en peso óptimo, siendo el peso molecular promedio en peso del primer polímero anfitrión menor que el peso molecular promedio en peso del segundo polímero.
En el presente contexto, el término cationicidad se refiere a la cantidad de unidades estructurales que se originan a partir de monómeros catiónicos en un polímero. En otras palabras, la cationicidad de un polímero define, en % en moles, la cantidad de monómeros catiónicos usados para la polimerización de dicho polímero, calculada a partir de la cantidad total de monómeros usados para la polimerización de dicho polímero. La cationicidad del segundo polímero indica la cantidad de monómeros catiónicos, calculada a partir de la cantidad total de monómeros utilizados para la polimerización del segundo polímero, que se añaden al inicio de la polimerización a la solución del primer polímero anfitrión, que funciona como el medio de polimerización.
El primer polímero anfitrión tiene una mayor cationicidad que el segundo polímero. La diferencia de cationicidad del primer polímero anfitrión y el segundo polímero es de al menos 3% en moles, preferiblemente de al menos 5% en moles, más preferiblemente de al menos 7% en moles. Al mismo tiempo, la diferencia de cationicidad puede ser preferiblemente como máximo 70% en moles, más preferiblemente como máximo 40% en moles, incluso más preferiblemente como máximo 30% en moles. La diferencia de cationicidad puede estar en el intervalo de 3-70% en moles, preferiblemente 3-40% en moles o 3-30% en moles, más preferiblemente 5-40% en moles o 5-30% en moles, algunas veces más preferiblemente 7-30% en moles. Se asume que cuando la composición de polímeros se usa como auxiliar de drenaje o en el tratamiento de lodos, el primer polímero anfitrión, que tiene la mayor cantidad de unidades estructurales catiónicas y, por lo tanto, cargas catiónicas, está interactuando con sustancias disueltas y coloidales, así como con otras sustancias aniónicas perjudiciales. Por tanto, el segundo polímero con menor cationicidad permanece libre de interacciones que dan como resultado la formación de flóculos. La composición de polímeros proporciona así una fijación optimizada de sustancias aniónicas perturbadoras y un rendimiento de floculación simultáneo. Sin desear ligarse a ninguna teoría, se asume además que la polimerización del segundo polímero que tiene una cationicidad más baja en presencia del primer polímero anfitrión que tiene una cationicidad más alta da como resultado una distribución de carga y/o ubicación de cargas especialmente beneficiosa en la composición de polímeros para capturar basura aniónica y/o para flocular, en comparación con, por ejemplo, polímeros catiónicos convencionales o mezclas convencionales de dos o más polímeros catiónicos. En el presente contexto, los términos "fijación", "fijado" y "fijar" significan que las sustancias perturbadoras, tales como las sustancias hidrófobas y/o aniónicas, están asociadas o unidas a las fibras y/o a los flóculos formados al menos temporal o permanentemente.
El primer polímero anfitrión puede tener una cationicidad de como máximo 80% en moles, preferiblemente como máximo 60% en moles, más preferiblemente como máximo 40% en moles, incluso más preferiblemente como máximo 30% en moles. De acuerdo con una realización de la invención, el primer polímero anfitrión puede tener una cationicidad en el intervalo de 5-80% en moles, preferiblemente 5-60% en moles, más preferiblemente 5-40% en moles, lo más preferiblemente 10-30% en moles.
El segundo polímero puede tener cationicidad de como máximo 60% en moles, preferiblemente como máximo 50% en moles, más preferiblemente como máximo 20% en moles, incluso más preferiblemente como máximo 15% en moles, lo más preferiblemente como máximo 10% en moles. Según una realización, la cationicidad del segundo polímero puede estar en un intervalo 1- 60% en moles, preferiblemente 1- 50% en moles, más preferiblemente 1-20% en moles, incluso más preferiblemente 1-15% en moles, lo más preferiblemente 5-10% en moles. Se ha observado que los valores de cationicidad más bajos para el segundo polímero dan buenos resultados cuando la composición de polímeros se usa para deshidratar lodos de destintado o como agente de drenaje en la fabricación de papel o cartón, y puede ser especialmente beneficioso para la fabricación de calidades de papel, donde el producto final de papel está destinado al contacto con alimentos.
El peso molecular promedio en peso del primer polímero anfitrión puede ser de hasta 3000000 g/mol. Sin embargo, de acuerdo con una realización preferida de la presente invención, el primer polímero anfitrión tiene un peso molecular promedio en peso < 1000000 g/mol. El peso molecular promedio en peso del primer polímero anfitrión puede ser preferiblemente < 200000 g/mol, más preferiblemente < 100000 g/mol, incluso más preferiblemente < 50000 g/mol, a veces incluso < 47000 g/mol. De acuerdo con una realización de la invención, el peso molecular promedio en peso del primer polímero anfitrión está en el intervalo de 2000 a 500000 g/mol, preferiblemente de 3000 a 200000 g/mol, más preferiblemente de 3000 a 100000 g/mol, incluso más preferiblemente 3000-47000 g/mol, algunas veces incluso más preferiblemente 4000-30000 g/mol. Se ha observado que el primer polímero anfitrión es más eficaz para interactuar con sustancias perturbadoras cuando su peso molecular es bajo. El bajo peso molecular también puede mejorar la solubilidad de la composición de polímeros. Además, la polimerización del segundo polímero es más fácil cuando el peso molecular del primer polímero anfitrión es bajo ya que la viscosidad del primer polímero anfitrión es menor. Por ejemplo, puede ser posible lograr un peso molecular más alto para el segundo polímero cuando el peso molecular del primer polímero anfitrión y, en consecuencia, la viscosidad del medio de polimerización, es bajo. El peso molecular promedio en peso se determina usando cromatografía de exclusión molecular (SEC), tal como cromatografía de permeación en gel usando procedimientos conocidos como tales por un experto en la técnica.
El primer polímero anfitrión puede prepararse mediante polimerización en solución por radicales libres en un reactor de polimerización. Los monómeros del primer polímero anfitrión se pueden añadir al reactor de polimerización antes que el(los) iniciador(es). Una vez completada la reacción de polimerización, el primer polímero anfitrión está preferiblemente libre de grupos polimerizables por radicales, tales como enlaces dobles carbono-carbono, en su estructura. En una realización preferible, los monómeros del segundo polímero, cuando se polimerizan en presencia del primer polímero anfitrión, reaccionan entre sí y no forman enlaces covalentes con el primer polímero anfitrión.
El segundo polímero se polimeriza en presencia del primer polímero anfitrión. Se supone que esto proporciona una extensión o alcance óptimos para las cadenas del segundo polímero que, junto con el entrelazamiento físico entre el primer polímero anfitrión y el segundo polímero, proporciona una estructura tridimensional que mejora la formación de flóculos. Además, se supone que las cadenas extendidas del segundo polímero proporcionan estructura a la composición de polímeros y mejoran su comportamiento bajo compresión. Esto mejora la eficiencia de floculación de la composición de polímeros y el rendimiento de los flóculos en diferentes aplicaciones, incluso en entornos difíciles con alta conductividad. El segundo polímero se puede preparar mediante polimerización adiabática por radicales libres.
Los polímeros estructurados se preparan convencionalmente mediante la adición de agentes de ramificación a los monómeros que se están polimerizando, o mediante la reticulación posterior a la polimerización de las cadenas de polímero. Según la presente invención, es posible obtener una composición de polímeros estructurados sin utilizar agentes de ramificación o reticulación. Esto es ventajoso ya que los agentes de ramificación y reticulación son típicamente tóxicos. Además, cada componente adicional añade complejidad al proceso de fabricación y puede ser difícil conseguir una buena solubilidad de los polímeros cuando se utilizan agentes de ramificación. Según una realización, la composición de polímeros está libre de agentes de ramificación y/o reticulación.
La composición de polímeros puede comprender como máximo 20% en peso, preferiblemente como máximo 15% en peso, más preferiblemente como máximo 12,5% en peso, incluso más preferiblemente como máximo 10% en peso, del primer polímero anfitrión, calculado a partir de la cantidad total de material polímero de la composición, como seco. Según una realización, la cantidad del primer polímero anfitrión en la composición de polímeros puede estar en el intervalo de 1-20% en peso, preferiblemente 2-20% en peso, más preferiblemente 2-15% en peso, incluso más preferiblemente 2-10% en peso o 2-8% en peso, calculada a partir del material polimérico total de la composición, seco. Preferiblemente, la cantidad del primer polímero anfitrión es relativamente baja, de modo que la cantidad del segundo polímero en la composición de polímeros final obtenida y, por tanto, el peso molecular de la composición de polímeros final obtenida, puede ser mayor. Esto puede proporcionar el mejor rendimiento en la deshidratación y drenaje de lodos en la fabricación de papel.
Según una realización, el segundo polímero se polimeriza en presencia de un primer polímero anfitrión y al menos un segundo polímero anfitrión adicional, que son diferentes entre sí. Por tanto, el segundo polímero se puede polimerizar en una mezcla del primer y segundo polímero anfitrión. Toda la información proporcionada anteriormente y relacionada con el primer polímero anfitrión es aplicable al segundo polímero anfitrión, si está presente en el medio de polimerización.
La composición de polímeros puede comprender > 80% en peso, preferiblemente > 85% en peso, preferiblemente > 90% en peso, del segundo polímero, calculado a partir del material polimérico total de la composición, seco. De acuerdo con una realización, la cantidad del segundo polímero en la composición de polímeros puede estar en el intervalo de 80-99% en peso, preferiblemente 80-98% en peso, más preferiblemente 85-98% en peso, incluso más preferiblemente 90-98% en peso o 92-98% en peso, calculado a partir del material polimérico total de la composición, seco.
Según una realización de la invención, la composición de polímeros obtenida tiene una densidad de carga de como máximo 5,0 meq/g, preferiblemente como máximo 4,0 meq/g, más preferiblemente como máximo 3,0 meq/g, incluso más preferiblemente como máximo 2,0 meq/g. Según una realización de la invención, la densidad de carga de la composición de polímeros está en el intervalo de 0,1 a 5,0 meq/g, preferiblemente de 0,1 a 4,0 meq/g, más preferiblemente de 0,1 a 3,0 meq/g, incluso más preferiblemente de 0,7 a 2,0 meq/g. Los valores de densidad de carga se pueden medir usando Mütek a pH 7,0. Cuando la composición de polímeros tiene una densidad de carga < 5,0 meq/g, preferiblemente < 4,0 meq/g, el riesgo de sobrecationización se reduce en el proceso de fabricación de papel o cartón. Esto facilita la dosificación de la composición de polímeros y reduce las alteraciones del proceso.
Según una realización preferida de la presente invención, el segundo polímero tiene una cationicidad en el intervalo de 1 a 15% en moles, preferiblemente de 5 a 10% en moles. El segundo polímero puede prepararse mediante copolimerización de acrilamida y ADAM-Cl en presencia de un primer polímero anfitrión. El primer polímero anfitrión puede ser un copolímero de acrilamida y al menos un primer monómero catiónico, preferiblemente DADMAC. La cationicidad del primer polímero anfitrión está preferiblemente en el intervalo de 5-60% en moles, más preferiblemente 5-40% en moles, incluso más preferiblemente 10-30% en moles, y preferiblemente el peso molecular promedio en peso está en el intervalo de 2000-500000 g/mol, preferiblemente 4000-30000 g/mol. La cantidad del primer polímero anfitrión en la composición de polímero puede ser del 2 al 20% en peso, preferiblemente del 2 al 8% en peso o del 3 al 9% en peso. Esta composición de polímeros es especialmente adecuada para su uso en la fabricación de papel o cartón como agente de drenaje.
Se ha observado que una conductividad elevada y/o una demanda catiónica elevada del medio ambiente, p. ej., pasta papelera de fibras o lodo, puede ejercer una fuerza de compresión sobre las cadenas de polímero cargadas catiónicamente. Actualmente se supone que cuando la carga catiónica de la presente composición de polímeros, y especialmente la cationicidad del segundo polímero, es modesta, las cadenas de polímero en general pueden estar menos comprimidas y permanecer más extendidas. Esto puede permitir una floculación eficaz que se puede obtener mediante las interacciones del segundo polímero de la composición de polímeros. De esta manera, la capacidad de floculación de la composición de polímeros, incluida la extensión de las cadenas de polímero y la capacidad de los polímeros para formar enlaces iónicos y participar en interacciones electrostáticas, no se agota por la elevada demanda catiónica y/o conductividad, sino que se conserva para los sólidos suspendidos. Esto puede facilitar la formación de flóculos fuertes. También puede obtenerse una mejora adicional del tamaño, densidad y/o estabilidad de los flóculos.
La composición de polímeros puede tener una viscosidad estándar de > 3 mPas, preferiblemente > 3,7 mPas, más preferiblemente > 4,5 mPas, cuando se disuelve y se mide al 0,1% en peso de contenido de sólidos en una solución acuosa de NaCl (1 M), a 25°C, utilizando un viscosímetro Brookfield DVII T con adaptador UL. Para facilitar el procesamiento de la composición de polímeros, la viscosidad estándar de la composición de polímeros es preferiblemente < 7 mPas.
Según una realización, la composición de polímeros no está en forma de emulsión de agua en aceite o aceite en agua. Preferiblemente, la composición de polímeros está libre de cualquier fase oleosa y/o fase de disolvente orgánico. Esto reduce la necesidad de ciertos agentes auxiliares, tales como emulsionantes, lo que mejora la idoneidad de la composición de polímeros para varios procedimientos en los que el uso de emulsionantes es problemático o restringido. Además, la ausencia de fase oleosa y/o disolvente orgánico también reduce o elimina los problemas relacionados con los compuestos orgánicos volátiles, lo que mejora la seguridad laboral de los trabajadores que entran en contacto con la composición de polímeros.
La composición de polímeros puede estar preferiblemente en forma de un producto seco en partículas o en polvo. La composición de polímeros obtenida se puede secar y, opcionalmente, moler hasta un tamaño de partícula adecuado. Según una realización, la composición de polímeros seca en forma de producto particulado o en polvo puede tener un contenido de sólidos de al menos 80% en peso, preferiblemente al menos 85% en peso, más preferiblemente al menos 90% en peso. La composición de polímeros seca en partículas es fácil y rentable de transportar y almacenar, permanece estable durante largos períodos y es resistente a la degradación microbiológica.
De acuerdo con una realización, la composición de polímeros se puede obtener mediante polimerización en gel, donde los monómeros del segundo polímero se polimerizan en presencia del primer polímero. Después de la polimerización en gel, la composición de polímeros obtenida en forma de gel se tritura, tal como se muele, se hace trizas o se pica, así como se seca. Después del secado, la composición de polímeros triturada puede molerse hasta un tamaño de partícula deseado y empaquetarse para almacenamiento y/o transporte, con lo que se obtiene un producto de composición de polímeros particulada seca. Dependiendo del aparato de reacción usado, se puede triturar o picar en el mismo aparato de reacción donde tiene lugar la polimerización. Por ejemplo, la polimerización se puede realizar en una primera zona de un mezclador de tornillo y la trituración del polímero obtenido se realiza en una segunda zona de dicho mezclador de tornillo. También es posible que la trituración, picado u otro ajuste del tamaño de partícula se realice en un aparato de tratamiento, que está separado del aparato de reacción. Por ejemplo, la composición de polímeros obtenida puede transferirse desde el segundo extremo de un aparato de reacción, que es una cinta transportadora, a través de un tamiz de orificios giratorios o similar, donde se tritura o se pica en pequeñas partículas.
Según una realización de la invención, la composición de polímeros está en forma de un producto seco en partículas o polvo y tiene al menos una, preferiblemente varias, de las siguientes características: la densidad de carga de la composición de polímeros es como máximo 5 meq/g; la cationicidad del segundo polímero es como máximo del 20% en moles; la cantidad de primer polímero anfitrión en la composición es < 15% en peso; el peso molecular promedio en peso del primer polímero anfitrión es < 100000 g/mol; y el monómero catiónico del primer polímero anfitrión y del segundo polímero son diferentes.
La composición de polímeros de acuerdo con la invención se puede usar preferiblemente como agente de drenaje o como agente de retención en la fabricación de papel o cartón. En la presente memoria, se entiende por retención la retención en la banda de al menos finos, cargas y partículas coloidales, que pueden estar presentes en la pasta papelera. La composición de polímeros se añade preferiblemente a una pasta papelera diluida. La composición de polímeros se puede añadir antes o después de la última etapa de cizallamiento, preferiblemente después de la última etapa de cizallamiento. Más preferiblemente, la composición de polímeros se agrega a la pasta papelera de fibras después de la última etapa de cizallamiento tan cerca de la caja de entrada como sea posible. Ejemplos de etapas de cizallamiento en la fabricación de papel o cartón son las bombas y varios tamices, tales como las centritamices. Según una realización de la invención, se permite que la pasta papelera de fibras pase varias etapas de cizallamiento y el agente de drenaje que comprende la composición de polímeros se añade a la pasta papelera de fibras de 3 a 60 s, preferiblemente de 4 a 15 s, antes de formar la banda de fibras. De esta manera, se puede obtener la eficacia de drenaje óptima utilizando la dosis más baja posible de la composición de polímeros. La dosificación de la composición de polímeros, cuando se usa como agente de drenaje, puede ser de 0,05 a 1,0 kg/tonelada de papel seco, preferiblemente de 0,1 a 0,5 kg/tonelada de papel seco.
La composición de polímeros se puede utilizar con uno o más agentes de drenaje adicionales, tales como bentonita, sílice, policloruro de aluminio, alumbre, micropolímeros orgánicos, almidones, poliaminas, polivinilamina, polietilenimina, poli-DADMAC, poliacrilamida aniónica, poliacrilamida catiónica, poliacrilamida anfótera o poliacrilamida glioxilada.
La composición de polímeros se disuelve y se diluye con agua hasta una concentración de trabajo adecuada antes de añadir la composición de polímeros a la pasta papelera de fibras.
La composición de polímeros es adecuada para su uso en la fabricación de papel o cartón cuando se usa material reciclado constituido por fibras como materia prima para la pasta papelera de fibras. El material constituido por fibras en la pasta papelera de fibras puede comprender hasta el 100% de fibras recicladas. Según una realización, la pasta papelera de fibras puede comprender al menos 20% en peso, preferiblemente al menos 30% en peso, más preferiblemente al menos 40% en peso, de fibras procedentes de material reciclado constituido por fibras.
La composición de polímeros es especialmente adecuada para pastas papeleras de fibras que tienen conductividad > 1,5 mS/cm, preferiblemente > 2,0 mS/cm, más preferiblemente > 3,0 mS/cm. La conductividad de la pasta papelera de fibras puede estar, por ejemplo, en el intervalo de 1,5 a 10 mS/cm, preferiblemente de 2,0 a 8 mS/cm, más preferiblemente de 3 a 6 mS/cm, medida en la caja de entrada de la máquina de papel.
Según una realización, la presente composición de polímeros es adecuada para su uso en la fabricación de papel o cartón, donde se añade a un medio acuoso que contiene fibras, donde la fase líquida del medio acuoso tiene una demanda catiónica > 300 peq/L, a veces incluso > 500 peq/L, medida mediante titulación Mütek después de filtrar el medio acuoso a través de papel de filtro de cinta negra. El medio acuoso puede ser pasta papelera de fibras para la fabricación de papel o cartón, o lodo procedente del proceso de fabricación de pasta papelera, papel o cartón. Debido a su estructura de red polimérica, la composición de polímeros puede ser capaz de capturar material coloidal y soluble no iónico. Además, se cree que el primer polímero anfitrión captura la basura aniónica presente en el medio acuoso que de otro modo perturbaría la floculación y la función del segundo polímero y otros productos químicos catiónicos opcionales añadidos al medio. El primer polímero anfitrión es capaz de unir la basura de forma permanente a las fibras, lo que reduce la cantidad de basura aniónica en las aguas circulantes y disminuye la carga de sólidos en suspensión.
En general, el uso separado convencional de un agente fijador y un agente floculante, es decir, la adición de agentes separados, puede resultar en la captura de basura aniónica por el agente fijador. Por lo general, los agentes de fijación tienen un peso molecular bajo, lo que puede conducir a una mala fijación de la basura aniónica a las fibras. Los complejos formados que comprenden el agente fijador y la basura aniónica no son necesariamente atrapados por los flóculos de fibras creados por los agentes floculantes, lo que significa que puede haber una acumulación significativa de los complejos en el agua de proceso. Contrariamente a estos sistemas convencionales que utilizan agentes químicos separados, la composición de polímeros de acuerdo con la presente invención une eficazmente basura aniónica a fibras de flóculos de fibras.
La composición de polímeros según la invención también es adecuada para la deshidratación de lodos en procesos municipales o industriales. La composición de polímeros es especialmente adecuada para la deshidratación de lodos que se originan en el proceso de fabricación de pasta papelera, papel o cartón, por ejemplo, la deshidratación de lodos de pasta destintada. Un lodo procedente del proceso de fabricación de pasta papelera, papel o cartón comprende una fase líquida acuosa y material fibroso suspendido en la fase acuosa. El material fibroso es material de fibra celulósica procedente de fuentes de madera o no madereras, preferiblemente de fuentes de madera. En este documento, el material fibroso se entiende como la fracción de fibras largas, que se retiene en un filtro de malla 100. En este contexto, la fibra larga es sinónimo e intercambiable con fibra utilizable. El lodo puede comprender este material fibroso en una cantidad del 2 al 50% en peso, preferiblemente del 5 al 30% en peso, más preferiblemente del 7 al 20% en peso. Además, el lodo puede comprender partículas minerales inorgánicas y tener un contenido de cenizas en el intervalo del 20 al 90%, preferiblemente del 20 al 85%. El contenido de cenizas se determina utilizando la norma ISO 1762, temperatura 525°C. Las partículas de minerales inorgánicos en el lodo proceden de cargas y materiales de revestimiento utilizados en la fabricación de papel y cartón. Se ha observado que la composición de polímeros proporciona una mejor deshidratación, un mayor contenido de sólidos después del prensado, un menor consumo de polímero y una buena calidad de filtrado. La composición de polímeros también es eficaz en entornos que tienen un valor de pH alto y/o una conductividad alta.
En la deshidratación de lodos, la dosis de la composición de polímeros puede ser < 20 kg, preferiblemente < 5 kg, más preferiblemente < 3 kg, dada por tonelada de lodo seco. En general, la dosis de la composición de polímeros se da en esta solicitud como composición activa seca, si no se indica lo contrario. Según una realización de la invención, la dosis de la composición de polímeros puede estar en el intervalo de 0,4 a 20 kg, preferiblemente de 0,4 a 5 g, más preferiblemente de 0,4 a 3 kg, administrada por tonelada de lodo seco. Para aplicaciones de deshidratación de lodos de destintado, la dosis de la composición de polímeros está entre 0,4 y 4 kg, preferiblemente de 0,5 a 3 kg, por tonelada de lodo seco. Se ha observado que se consiguen resultados de deshidratación eficaces con pequeñas dosis, en comparación con los polímeros convencionales que tienen viscosidades estándar y densidades de carga similares.
La composición de polímeros se puede utilizar para la deshidratación de lodos destintados en una etapa de espesamiento. Preferiblemente, la composición de polímeros se añade al lodo de destintado antes del pre-espesado y prensado del lodo. El lodo de destintado puede contener material fibroso que comprenda fracciones de fibra tanto cortas como largas, material mineral inorgánico procedente de revestimientos y/o cargas, así como partículas de tinta. El lodo de destintado puede comprender 7-20% en peso de material de fibras largas, calculado a partir del peso seco del lodo. El lodo de destintado puede tener una concentración residual efectiva de tinta (ERIC), medida a 950 nm, que es > 500, preferiblemente > 1000. Los instrumentos adecuados disponibles para las mediciones de ERIC están disponibles comercialmente, p. ej., en Technidyne, Inc., EE. UU. El contenido de cenizas del lodo de destintado es preferiblemente del 40 al 80%, más preferiblemente del 50 al 65%, determinado utilizando la Norma ISO 1762, temperatura 525°C. Según una realización de la invención, el lodo acuoso es lodo de destintado del proceso de repulpado de papel de periódico y/o de revista. Según una realización de la invención, el lodo es lodo de destintado del proceso de repulpado del papel de oficina, tales como los residuos de oficina mezclados o clasificados. Como la composición de polímeros proporciona un mejor tamaño de flóculos y una buena estabilidad de los flóculos, es posible que los flóculos no absorban demasiada agua, el agua se pueda liberar más fácilmente de los flóculos y los flóculos no se rompan bajo presión. Por lo tanto, es posible obtener una velocidad de deshidratación más rápida tanto en el drenaje libre, es decir, un pre-espesamiento más rápido, como en la etapa de prensado, y un mayor contenido de sólidos secos en la etapa de prensado.
La composición de polímeros se puede añadir al lodo antes o en la etapa de espesamiento, que comprende una etapa de pre-espesado y una etapa de prensado. La composición de polímeros se añade al lodo antes de la etapa de pre­ espesamiento, donde se elimina una primera parte de la fase acuosa del lodo. Puede realizarse un espesamiento previo, p. ej., mediante el uso de un tambor espesador, mesa de gravedad o cinta de gravedad, es decir, con drenaje libre sin presión aplicada. La etapa de pre-espesamiento puede tardar de 5 a 30 s, normalmente de 10 a 20 s. El lodo puede tener un contenido de sólidos en el intervalo del 1 al 5%, preferiblemente del 1,5 al 4%, antes de la etapa de pre-espesamiento y antes de la adición de la composición de polímeros.
La etapa de espesamiento comprende así una etapa de pre-espesamiento mecánico, donde el contenido de sólidos del lodo aumenta por separación de agua. El pre-espesamiento puede realizarse sin succión activa, o preferiblemente el pre­ espesamiento mecánico puede realizarse con drenaje libre sin presión aplicada. El contenido de sólidos del lodo puede ser del 5 al 14% en peso, preferiblemente del 7 al 13% en peso, después de la etapa de pre-espesamiento previo.
Según una realización de la invención, la composición de polímeros se añade al lodo 1 s-10 min, preferiblemente 1-20 s, antes de la etapa de pre-espesamiento. La composición de polímeros flocula el material sólido presente en el lodo, tales como fibras y partículas inorgánicas, proporcionando un tamaño de flóculo óptimo para la deshidratación y una buena estabilidad de flóculo en un espesamiento en dos etapas que comprende una etapa de pre-espesado y prensado. Así, los flóculos no absorben demasiada agua, el agua se libera más fácilmente de los flóculos y los flóculos no se rompen bajo presión o entre diferentes etapas del proceso. Además, es posible obtener una velocidad de deshidratación más rápida tanto con drenaje libre en la etapa de pre-espesamiento como bajo presión en la etapa de prensado.
Después de la etapa de pre-espesamiento, el lodo se somete a una etapa de prensado en la que se separa del lodo una segunda parte adicional de la fase acuosa bajo presión o fuerza y se obtiene el lodo prensado seco. La etapa de prensado puede tardar de 1 a 20 minutos, normalmente de 2 a 20 minutos. La etapa de prensado se puede realizar utilizando, por ejemplo, una prensa de tornillo, un filtro de cinta o similar, preferiblemente una prensa de tornillo. Según una realización preferida, el lodo prensado seco que sale de la etapa de prensado tiene un contenido de sólidos de al menos 30% en peso, preferiblemente al menos 45% en peso, más preferiblemente al menos 50% en peso, algunas veces incluso al menos 60% en peso . Por ejemplo, después de la etapa de prensado, el lodo puede tener un contenido de sólidos en el intervalo de 30-75% en peso, preferiblemente 48-65% en peso. El alto contenido de sólidos del lodo lo hace adecuado para incineración o procesamiento posterior para vertederos o similares. El lodo puede salir de la etapa de prensado como una hoja discontinua o en forma de grumos irregulares.
Experimental
Algunas realizaciones de la invención se describen en los siguientes ejemplos no limitantes.
Procedimiento general para medir la cantidad de insolubles en una composición de polímeros
La cantidad de insolubles en una composición de polímeros se midió como sigue.
Se llenó un vaso de precipitados de 1000 mL hasta 900 mL con agua del grifo a una temperatura de 25°C y se agitó a un vórtice máximo de aprox. 450 rpm. Se pesó 1 g ± 0,001 g de muestra de polímero seco en una balanza analítica y se roció en un lado del vórtice de agua. Se continuó agitando durante 60 minutos a la misma velocidad. El contenido del vaso de precipitados se filtró a través de un tamiz de acero inoxidable con aberturas de 300 micrómetros. El vaso de precipitados se lavó a fondo con agua del grifo (25°C), vertiendo los lavados a través del tamiz. El tamiz se lavó con agua del grifo corriente (25°C) hasta que el efluente estuvo libre de polímero (5-10 minutos) y luego se dejó escurrir. La cantidad de insolubles se detectó mediante inspección visual y se expresó como el número de grumos (trozos) insolubles visibles en el tamiz.
Procedimiento general para medir la viscosidad estándar de una composición de polímeros
La viscosidad estándar de una composición de polímeros se midió como sigue.
Se pesan 200,0 g (± 0,1 g) de agua desionizada, conductividad < 10 mS/cm, en un vaso de precipitados alto de 600 mL. El agua se agita con un agitador magnético al máximo vórtice. Se introducen lentamente 0,33 g (± 0,001 g) de polímero en el vórtice durante un período de 15 segundos. El bote de pesaje usado se mueve con un dedo para eliminar de la solución cualquier partícula de polímero restante. Se continúa agitando al vórtex máximo durante un máximo de 5 minutos, hasta que se dispersa el polímero. Después de eso, se continúa agitando durante 25 minutos más en un ajuste de 350 rpm.
Se añaden al vaso de precipitados 117,5 g (± 0,1 g) de solución de NaCl, que se prepara disolviendo 700 g de NaCl en 4000 g de agua, y se continúa agitando durante 5,0 min más (± 15 s). Este límite de tiempo no debe excederse.
La solución se filtra a través de un tamiz de malla de acero inoxidable de 250 micras que tiene un diámetro de 10 cm. Se mide una alícuota de 16 mL de solución filtrada en un viscosímetro Brookfield utilizando un adaptador UL a 25°C a la velocidad especificada. Se toman tres lecturas en la primera alícuota, se ignora la primera lectura y, siempre que las dos lecturas siguientes estén dentro de 0,05 cP, se calcula el promedio de las dos lecturas. Si las siguientes dos lecturas están separadas por más de 0,05 cP, entonces la muestra se descarta y el proceso se repite usando una segunda alícuota. Los resultados se informan con 2 decimales.
Ejemplo de preparación de las composiciones de polímeros utilizadas en los experimentos
Composiciones de la invención
El primer polímero anfitrión (HP1) fue un copolímero de acrilamida y DADMAC, polimerizado usando 80-90% en moles de monómeros de acrilamida y 10-20% en moles de monómeros DADMAC. Esto significa que la cantidad de DADMAC fue del 20 al 36% en peso, calculada a partir del peso total de los monómeros usados para la polimerización del primer polímero anfitrión. El primer polímero anfitrión tenía un peso molecular promedio en peso de 10000 Da, medido por GPC SEC con PEO como polímero estándar, y una carga catiónica de 1,2-2,2 meq/g.
El segundo polímero fue un copolímero de acrilamida y cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-CI). Antes de la polimerización del segundo polímero, los monómeros usados, el agente de transferencia de cadena, el primer polímero anfitrión y el tampón de pH en agua se desgasificaron con nitrógeno a temperatura ambiente. Se añadieron monómeros de acrilamida en una cantidad de 90-98,5% en moles y se añadieron monómeros de ADAM-Cl en una cantidad de 1,5-10% en moles, como se presenta en la Tabla 1 a una solución del primer polímero anfitrión. La diferencia de cationicidad del primer polímero anfitrión y el segundo polímero se presenta en la Tabla 1, teniendo el primer polímero anfitrión una cationicidad más alta que el segundo polímero. La solución de reacción obtenida se enfrió a -3°C, se añadió un iniciador y se inició la reacción de polimerización. La polimerización se realizó en un reactor discontinuo y fue adiabática. Después de 30-40 minutos terminó la reacción de polimerización. El gel de polímero obtenido se procesó triturando y secando. Se obtuvo una composición de polímeros en forma de polvo fino.
Las composiciones de polímeros C1, C2, C3, C4m y C5m comprendían del 2 al 8% en peso del primer polímero anfitrión y del 92 al 98% en peso del segundo polímero.
Tabla 1. Composiciones de polímeros ensayadas según la invención.
Figure imgf000010_0001
Composiciones de referencia R1, R2, R3, R7m
Las composiciones de referencia R1, R2, R3 y R7m fueron copolímeros de acrilamida y cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl). La densidad de carga y la viscosidad estándar de estas composiciones de referencia se dan en la Tabla 2.
Tabla 2. Cantidades de monómero y propiedades del polímero utilizado para las composiciones de referencia R1, R2, R3 y R7m.
Figure imgf000010_0002
Composiciones de referencia R4 y R4m
Las composiciones de referencia R4 y R4m se prepararon mezclando 2-8% en peso de un copolímero de acrilamida y DADMAC junto con 92-98% en peso de un copolímero de acrilamida y ADAM-Cl. Esto significa que las composiciones de referencia R4 y R4m eran mezclas de dos copolímeros de acrilamida diferentes. Las propiedades del copolímero de acrilamida y DADMAC corresponden a las propiedades del primer polímero anfitrión dadas anteriormente. La diferencia de cationicidad entre el copolímero de acrilamida y DADMAC y el copolímero de acrilamida y ADAM-Cl fue del 11 al 19% en moles para la composición de referencia R4 y del 3 al 6% en moles para la composición de referencia R4m. El copolímero de acrilamida y DADMAC tenía una mayor cationicidad que el copolímero de acrilamida y ADAM-Cl. La densidad de carga, medida por valoración de carga de Mütek, fue 0,27 meq/g para la composición de referencia R4 y 1,24 meq/g para la composición de referencia R4m. Se pretende que los componentes individuales de la composición de referencia R4 correspondan al primer polímero anfitrión y al segundo polímero de la composición de polímeros C3, pero la composición de referencia R4 se prepara como una mezcla mezclando dos polímeros individuales. De la misma manera, los componentes individuales de la composición de referencia R4m corresponden al primer polímero anfitrión y al segundo polímero de las composiciones poliméricas C4m y C5m, pero la composición de referencia R4m se prepara como una mezcla mezclando dos polímeros individuales.
Composición de referencia R5m
La composición de referencia R5m se preparó polimerizando 92-98% en peso de un copolímero de acrilamida y ADAM-Cl en presencia de 2-8% en peso de una poliamina, que era un copolímero de epiclorhidrina y dimetilamina y tenía un peso molecular promedio en peso de 2000 g/mol, medido con GPC SEC, utilizando PEO como polímero patrón. Se añadieron 90% en moles de monómeros de acrilamida y 10% en moles de monómeros de ADAM-Cl a una solución del copolímero de epiclorhidrina y dimetilamina y se polimerizó. La densidad de carga de la composición de referencia R5m, medida por titulación de carga Mütek, fue 0,3 meq/g y la viscosidad estándar de 4,7 mPas. La composición de referencia R5m es similar a las composiciones de polímero C1, C4m y C5m, pero la composición de referencia R5m se prepara utilizando un polímero diferente como primer polímero anfitrión.
Ejemplos de drenaje
Ejemplo 1 de drenaje
Preparación de la pasta papelera
Como materia prima se utilizó cartón testliner (catón producido a partir de papel reciclado) de Europa Central. Este cartón testliner comprendía aproximadamente un 17% de cenizas y un 5% en peso (calculado respecto a la pasta papelera seca) de almidón para apresto de superficies, que era almidón de maíz nativo degradado enzimáticamente. El cartón testliner se cortó en cuadrados de 2 x 2 cm. El agua de dilución se hizo con agua del grifo ajustando la concentración de Ca2+ a 520 mg/L mediante CaCl2 y ajustando la conductividad a 4 mS/cm mediante NaCl. Se calentaron 2,7 L de agua de dilución a 85°C. Los trozos de cartón testliner se humedecieron durante 5 minutos en el agua de dilución calentada a una concentración del 2% antes de la desintegración de los trozos en una suspensión de pasta papelera. Para la desintegración se utilizó un desintegrador tipo jarra Britt, con 30000 rotaciones. Después de la desintegración, se diluyó la suspensión de pasta papelera hasta 0,69% mediante la adición de agua de dilución.
Ensayo del analizador dinámico de drenaje (DDA)
Se utilizó un analizador de drenaje dinámico, DDA, (AB Akribi Kemikonsulter, Suecia) para medir el drenaje. Se calibraron el vacío y el agitador de DDA y se realizaron los ajustes necesarios a las configuraciones. Se conectó el DDA a una computadora para medir el tiempo entre la aplicación de vacío y el punto de ruptura del vacío. Un cambio del vacío expresa el tiempo de formación de una banda de fibras húmeda hasta que el aire atraviesa la banda de espesamiento, lo que indica el tiempo de drenaje. Para las mediciones se estableció un límite de tiempo de drenaje de 30 segundos.
En las mediciones de drenaje, se midieron 500 mL de la muestra de pasta papelera en el recipiente de reacción. El ensayo de drenaje se realizó mezclando la pasta papelera de muestra con el agitador a 1200 rpm durante 40 segundos mientras se añadían los productos químicos a ensayar en un orden predeterminado. Los tiempos de adición de la sustancia química a ensayar se indican en las tablas de resultados como tiempo negativo antes del inicio del drenaje. El ensayo de drenaje se realizó con un alambre con aberturas de 0,25 mm. Se utilizó un vacío de 300 mbar durante 30 s después del drenaje. Se registró el tiempo de drenaje. La turbidez del filtrado se midió inmediatamente. Se pesó la hoja húmeda para calcular el contenido seco después de la formación. El prensado en húmedo de las hojas se completó individualmente inmediatamente después de los ensayos de drenaje en la prensa en húmedo de Lorenz & Wettre durante 1 min a una presión de 4 bar, 2 papeles secantes en ambos lados de la hoja. La hoja prensada se pesó y volvió a pesarse después de 5 min de secado en un secador de placa caliente Lorenz & Wettre para calcular el contenido seco después del prensado.
Resultados del ejemplo 1 de drenaje
Los resultados del drenaje del Ejemplo 1 se presentan en la Tabla 3.
Tabla 3. Resultados de drenaje del Ejemplo de drenaje 1
Figure imgf000011_0001
La Tabla 3 muestra que se logró un tiempo de drenaje más rápido con las composiciones de polímeros C4m y C5m de la invención en comparación con los polímeros de referencia R1, R5m, R7m. Ya se puede observar una mejora en el rendimiento del drenaje con una dosis baja de polímero C4m o C5m, que ayuda a reducir la cantidad de polímero necesaria en la producción de papel y cartón. Especialmente, se puede observar que las composiciones C4m y C5m según la presente invención, donde el primer polímero anfitrión es un copolímero de acrilamida y DADMAC, tienen un drenaje más rápido en comparación con la composición de referencia R5m, donde el primer polímero anfitrión es una poliamina. Con las composiciones de la invención se ha logrado una baja turbidez del filtrado, que indica una buena retención de finos y cargas, así como una buena retención de partículas coloidales, especialmente con la composición C4m, que tiene un alto valor de viscosidad estándar.
La Tabla 4 muestra que el contenido seco de la hoja mejoró después de la formación y después del prensado. Una dosis baja del polímero resultó beneficiosa para el contenido seco de la hoja después del prensado.
Tabla 4 Resultados del contenido seco.
Figure imgf000012_0001
Ejemplo 2 de drenaje
Se usaron los mismos métodos de ensayo, polímeros y pasta papelera de ensayo en el Ejemplo 2 de drenaje que en el Ejemplo 1 de drenaje.
En el Ejemplo 2 de drenaje, la pasta papelera de ensayo se diluyó hasta una consistencia del 0,50% con la misma agua de dilución con conductividad ajustada que se usó en el Ejemplo 1. La retención se calculó como el peso de la hoja secada en el DDA con respecto al peso seco de la pasta papelera alimentada al DDA.
Resultados del ejemplo 2 de drenaje
Los resultados del drenaje del Ejemplo 2 de drenaje se presentan en la Tabla 5. La Tabla 5 muestra la mejora en el drenaje y la turbidez del filtrado con las composiciones de polímeros C4m y C5m de la invención en comparación con los polímeros de referencia. Se pueden usar micropartículas (MP) tales como bentonita, sílice o partículas de polímero reticulado como parte del sistema de retención y drenaje para mejorar aún más el drenaje o la retención. Se ensayó la adición de bentonita para demostrar el efecto de las micropartículas junto con las composiciones de polímeros de la invención. La bentonita acelera el drenaje y reduce aún más la turbidez. Se ve que la composición de polímeros según la invención proporciona mejoras también cuando se usa junto con micropartículas.
Tabla 5. Resultados de drenaje del Ejemplo 2 de drenaje
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000013_0001
La Tabla 6 muestra la retención y el contenido seco de la hoja después de la formación y después del prensado cuando se usaron diferentes polímeros. Se ve que la retención, el contenido seco después de la formación y el contenido seco después del prensado mejoraron cuando se usó una composición de polímeros de acuerdo con la invención, en comparación con una mezcla de polímeros como se describió anteriormente. La mejora se logró ya a un nivel de dosificación relativamente bajo de 0,15 kg/t de pasta papelera seca.
Tabla 6. Retención y contenido seco de la hoja después de la formación y el pensado
Figure imgf000013_0002
Ejemplos de deshidratación de lodos
Los aparatos y métodos utilizados en los ejemplos de deshidratación de lodos se dan en la Tabla 7.
Tabla 7. Caracterización de aparatos y métodos utilizados en los ejemplos de deshidratación de lodos.
Figure imgf000013_0003
El contenido de fibras utilizables se determinó midiendo 100 g de lodo en un alambre de 150 pm, donde la distancia entre los hilos del alambre es de 150 pm, es decir, tamiz de malla 100. El lodo se lavó con agua corriente hasta que se eliminó el resto del material excepto las fibras. Después de esto, las fibras se recogieron del alambre y se secaron en un horno a 105°C durante la noche. Se pesaron las fibras secas. El contenido de fibras utilizable (alambre de 150 pm) se calculó mediante la ecuación (1):
Fibras utilizables (alambre de 150 pm) = Masa de fibra seca/(sólidos secos en el lodo*masa de muestra de lodo) (1)
La deshidratación por gravedad del lodo se ensayó con Polytest. Las muestras de lodo se filtraron con un cilindro Polytest de 10 cm de diámetro utilizando en el fondo una tela metálica con una permeabilidad al aire de 5400 m3/m2h. La relación hilos/cm fue 13,0/5,9. La cantidad de muestra de lodo fue de 200 a 400 g, pero siempre idéntica entre las muestras comparadas. La mezcla de la composición de polímeros se realizó con un motor agitador en un recipiente de mezclado con deflectores. La velocidad de mezclado fue de 600 rpm y el tiempo de mezclado fue de 10 segundos.
Ejemplo 1 de deshidratación de lodos
Este ejemplo simula el proceso de deshidratación de lodos residuales combinados de una fábrica de pasta papelera o papel. Las propiedades del lodo medidas se presentan en la Tabla 8.
Tabla 8. Propiedades de los lodos residuales combinados en el Ejemplo 1 de deshidratación de lodos.
Figure imgf000014_0004
Las composiciones de polímeros se diluyeron a una concentración del 0,1% antes de dosificar al lodo. La velocidad de deshidratación se ensayó con Polytest como se describe anteriormente. Las dosis de polímero fueron de 0,84 kg/tonelada de lodo seco. La muestra de lodo fue de 400 g. La cantidad de agua drenada se midió después de 10, 25 y 55 segundos. Se midió el contenido de sólidos en suspensión a partir del agua de rechazo drenada. Los resultados de estos experimentos se presentan en la Tabla 9.
Tabla 9. Resultados de drenaje y rechazo de sólidos en suspensión en agua
Figure imgf000014_0001
La composición de polímeros C1 según la invención tuvo un mejor comportamiento que la composición de referencia R1. La composición de polímeros C1 tuvo una deshidratación más rápida y una mejor calidad del agua de rechazo que la composición de referencia R1. Todos estos factores son importantes para una deshidratación económica de lodos.
Ejemplo 2 de deshidratación de lodos
Este ejemplo simula el proceso de deshidratación de lodos de pasta de destintado de papel de periódico (DIP). El lodo DIP se refiere al lodo que se genera al procesar y repulpar papel o cartón reciclado. Las propiedades del lodo medidas se presentan en la Tabla 10.
Tabla 10. Propiedades de los lodos DIP en el Ejemplo 2 de deshidratación de lodos
Figure imgf000014_0002
Las composiciones de polímeros se diluyeron a una concentración del 0,1% antes de dosificar al lodo. La velocidad de deshidratación se probó con Polytest como se describió anteriormente. Las dosis de polímero fueron de 0,9 kg/tonelada de lodo seco. Las muestras de lodo fueron de 400 g. Se midió la cantidad de agua drenada después de 10 y 25 segundos. Se midió el contenido de sólidos en suspensión del agua de rechazo drenada. Los resultados de estos experimentos se presentan en la Tabla 11.
Tabla 11. Resultados de drenaje y rechazo de sólidos en suspensión en agua
Figure imgf000014_0003
La composición de polímeros C2 según la invención tuvo un mejor comportamiento que la composición de referencia R2. La composición de polímeros C2 tuvo una deshidratación más rápida y una mejor calidad del agua de rechazo que la composición de referencia industrial R2. Todos estos factores son importantes para una deshidratación económica de lodos.
Ejemplo 3 de deshidratación de lodos
Este ejemplo simula el proceso de deshidratación de lodos de pasta de destintado de papel de periódico. Las propiedades medidas del lodo se presentan en la Tabla 12.
Tabla 12. Propiedades de los lodos DIP en el Ejemplo 3 de deshidratación de lodos.
Figure imgf000015_0001
Las composiciones de polímero se diluyeron a una concentración del 0,1% antes de dosificar al lodo. La tasa de deshidratación se ensayó con Polytest como se describió anteriormente. Las dosis de polímero fueron 0,75 kg/tonelada de lodo seco y 1,0 kg/tonelada de lodo seco. El tamaño de las muestras de lodo fue de 400 g. Se midió la cantidad de agua drenada después de 10 y 25 segundos. Se midió el contenido de sólidos en suspensión del agua de rechazo drenada. Después del Polytest, la muestra de lodo se prensó con la miniprensa Afmitec Friesland B.V.™ durante 60 segundos con una presión de 5 bar. El contenido de sólidos secos (DS) de la muestra de lodo se midió después del prensado. Los resultados de estos experimentos se presentan en la Tabla 13.
Tabla 13. Resultados de drenaje, SS del agua de rechazo y DS después del presado los resultados
Figure imgf000015_0002
La composición de polímeros C3 según la invención tuvo un mejor comportamiento que la composición de referencia R3. La composición de polímeros C3 tuvo una deshidratación más rápida, mejor calidad del agua de rechazo y mayor contenido de sólidos secos después del prensado que la composición de referencia industrial R3. Todos estos factores son importantes para una deshidratación económica de lodos.
Ejemplo 4 de deshidratación de lodos
Este ejemplo simula el proceso de deshidratación de lodos de pasta de destintado de papel de periódico. Las propiedades medidas del lodo se presentan en la Tabla 14.
Tabla 14. Propiedades de los lodos DIP en el ejemplo 4 de deshidratación de lodos.
Figure imgf000015_0003
Las composiciones de polímeros se diluyeron a una concentración del 0,1% antes de dosificar al lodo. La velocidad de deshidratación se ensayó con Polytest como se describió anteriormente. Las dosis de polímero fueron 0,75 kg/tonelada de lodo seco y 1,0 kg/tonelada de lodo seco. El tamaño de las muestras de lodo fue de 200 g. La cantidad de agua drenada se midió después de 5 segundos. La turbidez y el contenido de sólidos suspendidos se midieron denle el agua de rechazo drenada. Los resultados de estos experimentos se presentan en la Tabla 15.
Los resultados muestran la diferencia entre la composición de polímeros de acuerdo con la presente invención y la mezcla de componentes poliméricos similares.
Tabla 15. Resultados de drenaje, sólidos en suspensión y turbidez en agua de rechazo .
Figure imgf000016_0001
La composición de polímeros C3 según la invención tiene un mejor rendimiento que la composición de referencia R4 que comprende una mezcla de los correspondientes polímeros individuales. La composición de polímeros C3 tuvo una deshidratación más rápida y una mejor calidad del filtrado. Ambos factores son importantes para la deshidratación económica de lodos. Esto demuestra que una composición de polímeros según la presente invención es beneficiosa en comparación con una mezcla de los correspondientes polímeros individuales.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Composición de polímero, que comprende
- Como máximo 10% en peso de un primer polímero anfitrión, que es un copolímero de (met)acrilamida y al menos un primer monómero catiónico y tiene un peso molecular promedio en peso < 50000 g/mol,
- Un segundo polímero, que es un copolímero de (met)acrilamida y al menos un segundo monómero catiónico, polimerizándose el segundo polímero en presencia del primer polímero anfitrión,
En donde el primer polímero anfitrión tiene una mayor cationicidad que el segundo polímero, siendo la diferencia de cationicidad del primer polímero anfitrión y el segundo polímero al menos 3% en moles, preferiblemente al menos 5% en moles, más preferiblemente al menos 7% en moles, y en donde la composición de polímero tiene una densidad de carga de como máximo 3,0 meq/g y una viscosidad estándar de > 2,0 mPas, disuelta y medida al 0,1% en peso de contenido de sólidos en una solución acuosa de NaCl (1 M), a 25°C, utilizando un viscosímetro Brookfield DVII T con adaptador UL y la composición de polímeros está libre de cualquier fase oleosa y/o fase de disolvente orgánico.
2. Composición de polímeros según la reivindicación 1, caracterizada porque la composición de polímeros está en forma de un producto seco en partículas.
3. Composición de polímeros según la reivindicación 2, caracterizada porque la composición de polímeros tiene un contenido de sólidos de al menos 80% en peso, preferiblemente al menos 85% en peso, más preferiblemente al menos 90% en peso.
4. Composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1,2 o 3, caracterizada porque la composición de polímeros tiene una densidad de carga de como máximo 2,0 meq/g.
5. Composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el primer y/o segundo monómero se selecciona de acrilato de 2-(dimetilamino)etilo (ADAM), cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl), acrilato de 2-(dimetilamino)etilo bencilcloruro, acrilato de 2-(dimetilamino)etilo dimetilsulfato, metacrilato de 2-dimetilaminoetilo (MADAM), cloruro de [2-(metacriloiloxi)etil]trimetilamonio (MADAM-Cl), metacrilato de 2-dimetilaminoetilo dimetilsulfato, cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC) y cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC).
6. Composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el primer monómero catiónico y el segundo monómero catiónico son diferentes entre sí, preferiblemente el primer monómero catiónico es cloruro de dialildimetilamonio y el segundo monómero catiónico es cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio.
7. Composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el segundo polímero tiene cationicidad de como máximo 60% en moles, preferiblemente como máximo 50% en moles, más preferiblemente como máximo 20% en moles, incluso más preferiblemente como máximo 15% en moles, lo más preferiblemente como máximo 10% en moles.
8. Composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el primer polímero anfitrión tiene una cationicidad de como máximo 80% en moles, preferiblemente como máximo 60% en moles, más preferiblemente como máximo 40% en moles, incluso más preferiblemente como máximo 30% en moles.
9. Composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la composición de polímeros tiene una viscosidad estándar de > 3 mPas, preferiblemente > 3,7 mPas, más preferiblemente > 4,5 mPas, medida al 0,1% en peso de contenido de sólidos en una solución acuosa de NaCl (1 M), a 25°C, usando un viscosímetro Brookfield DVII T con adaptador UL.
10. Uso de una composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, para la deshidratación de lodos.
11. Uso según la reivindicación 10, caracterizado porque la dosis de la composición de polímeros es < 20 kg/tonelada de lodo seco, preferiblemente < 5 kg/tonelada de lodo seco, más preferiblemente < 3 kg/tonelada de lodo seco.
12. Uso de una composición de polímeros según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, como agente de drenaje en la fabricación de papel o cartón.
13. Uso según la reivindicación 12, caracterizado porque la dosis de la composición de polímeros es de 0,05 a 1,0 kg/tonelada de papel seco, preferiblemente de 0,1 a 0,5 kg/tonelada de papel seco.
14. Método para fabricar papel o cartón, método que comprende:
- Obtener una pasta papelera de fibras,
- Añadir un agente de drenaje a la pasta papelera de fibras,
- Conformar la pasta papelera de fibras en una banda de fibras,
en donde el agente de drenaje comprende un componente polímero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
15. Método según la reivindicación 14, caracterizado por permitir que la pasta papelera de fibras pase por varias etapas de cizallamiento y por añadir el agente de drenaje que comprende la composición de polímeros a la pasta papelera de fibras de 3 a 60 s, preferiblemente de 4 a 15 s, antes de la formación de la banda de fibras.
ES17822358T 2016-12-16 2017-12-15 Composición de polímero y sus usos Active ES2836770T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20165979 2016-12-16
PCT/FI2017/050897 WO2018109279A1 (en) 2016-12-16 2017-12-15 Polymer composition and its uses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2836770T3 true ES2836770T3 (es) 2021-06-28

Family

ID=60857117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17822358T Active ES2836770T3 (es) 2016-12-16 2017-12-15 Composición de polímero y sus usos

Country Status (10)

Country Link
US (1) US10800869B2 (es)
EP (1) EP3555364B1 (es)
KR (1) KR102467163B1 (es)
CN (1) CN110088397B (es)
AU (1) AU2017378210B2 (es)
BR (1) BR112019009287B1 (es)
CL (1) CL2019001505A1 (es)
ES (1) ES2836770T3 (es)
RU (1) RU2761040C2 (es)
WO (1) WO2018109279A1 (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020260760A1 (en) * 2019-06-24 2020-12-30 Kemira Oyj Polymeric structure and its use
EP4070871A4 (en) * 2019-12-06 2023-08-09 Kurita Water Industries Ltd. SLUDGE DEWATERING AGENT AND SLUDGE DEWATERING PROCESS
WO2021112219A1 (ja) * 2019-12-06 2021-06-10 栗田工業株式会社 汚泥脱水剤及び汚泥脱水方法
EP4081683B8 (en) * 2019-12-23 2026-02-11 Kemira Oyj Composition and its use for use in manufacture of paper, board or the like
FR3108329B1 (fr) * 2020-03-20 2023-09-08 Snf Sa Nouveaux complexes de polymeres hydrosolubles sous forme d’emulsion inverse et leurs utilisations
US11155749B1 (en) * 2020-12-23 2021-10-26 S.P.C.M. Sa Composition for oil and gas recovery

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9411444D0 (en) * 1994-06-08 1994-07-27 Cdm Ab Dewatering of suspensions
US6608124B1 (en) 1996-10-03 2003-08-19 Cytec Technology Corp. Aqueous dispersions
EP0953680A1 (en) * 1998-04-27 1999-11-03 Akzo Nobel N.V. A process for the production of paper
DE10337763A1 (de) * 2003-08-14 2005-03-17 Stockhausen Gmbh Pulverförmige, wasserlösliche kationische Polymerzusammensetzung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
US20070032677A1 (en) 2004-05-28 2007-02-08 Stockhausen Gmbh Powdery, water-soluble cationic polymer compositions, method for the production and use thereof
US7955473B2 (en) * 2004-12-22 2011-06-07 Akzo Nobel N.V. Process for the production of paper
WO2010118841A1 (en) 2009-04-17 2010-10-21 Ashland Licensing And Intellectual Property Llc. Bimolecular inverse emulsion polymer
CN103608516B (zh) * 2011-06-20 2016-11-16 巴斯夫欧洲公司 生产纸和纸板
WO2012175528A1 (en) * 2011-06-20 2012-12-27 Basf Se Manufacture of paper and paperboard
ES2658843T3 (es) 2014-08-29 2018-03-12 Solenis Technologies, L.P. Composición polimérica catiónica en polvo soluble en agua

Also Published As

Publication number Publication date
EP3555364A1 (en) 2019-10-23
EP3555364B1 (en) 2020-10-14
US20190276578A1 (en) 2019-09-12
RU2019120514A (ru) 2021-01-18
BR112019009287B1 (pt) 2023-02-14
AU2017378210A1 (en) 2019-07-04
CL2019001505A1 (es) 2019-09-27
CA3042966A1 (en) 2018-06-21
RU2019120514A3 (es) 2021-03-03
RU2761040C2 (ru) 2021-12-02
AU2017378210B2 (en) 2021-08-26
US10800869B2 (en) 2020-10-13
KR102467163B1 (ko) 2022-11-16
KR20190091446A (ko) 2019-08-06
CN110088397A (zh) 2019-08-02
CN110088397B (zh) 2021-12-21
WO2018109279A1 (en) 2018-06-21
BR112019009287A2 (pt) 2019-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2836770T3 (es) Composición de polímero y sus usos
KR102191210B1 (ko) 종이, 판재 또는 이와 유사한 것의 제조를 위한 시스템 및 방법
EP2205643B1 (en) Inverse emulsion polymers containing a polymeric coagulant
CN113529479B (zh) 通过在含有淀粉的施胶压榨制剂中使用二烯丙基胺丙烯酰胺共聚物来提高纸块体强度的方法
RU2247183C2 (ru) Способ изготовления бумаги и картона
KR20020058086A (ko) 셀룰로오스 섬유 조성물 제조에 소수성 회합이 가능한중합체를 사용하는 방법 및 소수성 회합이 가능한중합체를 포함하는 셀룰로오스 섬유 조성물
EP1463767B1 (en) High molecular weight cationic and anionic polymers comprising zwitterionic monomers
US10858782B2 (en) Method for dewatering of sludge from a pulp, paper or board making process
ES2941733T3 (es) Método para el tratamiento de alimentación acuosa mediante flotación de gas disuelto
CA3042966C (en) Polymer composition and its uses
US20220306510A1 (en) Polymeric structure and its uses
CA3042353C (en) Method for dewatering of sludge
Petzold et al. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2013 Published online: 24 August 2013
BR112019008745B1 (pt) Método para desidratação de lodo a partir de um processo de fabricação de polpa, papel ou papelão