ES2876153T3 - Procedimiento para formar una banda que comprende fibras - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para formar una banda continua de un papel, una capa de cartón, una película de MFC o un tejido no tejido que comprende fibras y/o fibrillas, cuyo procedimiento comprende las etapas de: - proporcionar una composición fibrosa que comprende fibras y/o fibrillas y un agente tensioactivo, - aplicar dicha composición fibrosa sobre un alambre para formar una banda, - drenar las aguas blancas de dicha banda, - añadir celulosa microfibrilada (MFC, por sus siglas en inglés) y/o celulosa nanocristalina (NCC, por sus siglas en inglés) a dichas aguas blancas, por lo que dicho agente tensioactivo se une o interactúa físicamente con dicha MFC o NCC formando un complejo, - reciclar dicho complejo a la composición fibrosa y/o a la banda, en donde dicho complejo, que comprende la MFC o la NCC y el agente tensioactivo, se separa de al menos parte de las aguas blancas antes de reciclarse a la composición fibrosa.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para formar una banda que comprende fibras
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento para formar una banda que comprende fibras de celulosa. La invención se refiere adicionalmente a un producto de papel o cartón producido mediante dicho procedimiento.
Antecedentes
Las aguas blancas en una máquina de papel o cartón moderna se reciclan y reutilizan en gran medida mediante las circulaciones cortas y largas. En la circulación corta, el exceso de aguas blancas procedente de la pasta o composición fibrosa en la formación de la banda se recoge y recicla para diluir la pulpa de la pasta espesa para enviarla a la caja de entrada. Las aguas blancas en la circulación corta pueden, por ejemplo, reciclarse a la fosa de alambres o a una posición entre la fosa de alambres y la caja de entrada.
En la circulación larga, el exceso de aguas blancas procedente de la circulación corta y otras partes de la máquina de papel se recicla a la preparación de pasta, por ejemplo, en el tanque de mezcla. Las aguas blancas contienen fibras, finos y químicos, que se filtran y reutilizan, normalmente dentro del circuito de circulación larga. Parte del rechazo se desecha y utiliza, por ejemplo, como relleno de terreno. Parte de las aguas blancas se envían posteriormente a una planta de tratamiento de aguas residuales.
En los últimos años, ha aumentado el uso de tensioactivos o productos químicos tensioactivos en la fabricación de papel o cartón. La principal razón para usar tensioactivos ha sido principalmente afectar las superficies de contacto entre, por ejemplo, pigmentos y agua y, por lo tanto, para mejorar la humectación y la dispersabilidad o redispersabilidad. Otro propósito ha sido utilizar tensioactivos como agentes de despegado o para ajustar la interacción fibra-fibra. Las nuevas tecnologías de formación de bandas, por ejemplo, de formación de espuma, ha aumentado adicionalmente el uso de tensioactivos.
Sin embargo, aunque los tensioactivos suelen ser beneficiosos a niveles bajos, existen varios problemas asociados con la presencia de tensioactivos en la fabricación de papel o cartón, como la migración no deseada de los tensioactivos a los alimentos o la capa de barrera aplicada, propiedades barrera reducidas, formación de espuma no deseada en lugares no deseados, efectos negativos en las plantas de tratamiento de aguas residuales, toxicidad, interferencia con otros productos químicos que provocan una química de extremo húmedo inestable, etc. Una circulación acumulada de tensioactivos en el proceso puede provocar efectos no deseados, problemas de pasaje del papel, variaciones en la calidad del producto final y reducción de la eficiencia de producción.
Otras áreas en las que está aumentando el uso potencial de tensioactivos son, por ejemplo, en compuestos ligeros o aerogeles. Este tipo de compuestos podrían fabricarse, por ejemplo, a partir de nanocelulosa y productos químicos tensioactivos que forman así una estructura voluminosa. A menudo se forma un exceso de tensioactivos cuando se seca la estructura, lo que conduce a los problemas descritos anteriormente.
Por tanto, sigue existiendo la necesidad de un proceso para fabricar una banda continua, tal como papel o cartón, aerogeles o compuestos ligeros, que comprendan fibras o material de celulosa, cuyo proceso permita el uso de tensioactivos como producto químico funcional sin provocar los efectos no deseados.
Resumen
Es un objeto de la presente divulgación permitir el uso eficiente de tensioactivos en la formación de bandas de un material que contiene celulosa, por ejemplo, en la fabricación de papel o cartón, sin los efectos negativos asociados con la técnica anterior.
Esta y otras ventajas se consiguen total o parcialmente mediante el procedimiento, el producto de papel o cartón y el uso según las reivindicaciones independientes adjuntas. Las realizaciones se exponen en las reivindicaciones dependientes adjuntas y en la siguiente descripción.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para formar una banda continua de un papel, una capa de cartón, una película de MFC o un tejido no tejido que comprende fibras y/o fibrillas, cuyo procedimiento comprende las etapas de:
- proporcionar una composición fibrosa que comprende fibras y/o fibrillas y un agente tensioactivo, - aplicar dicha composición fibrosa sobre un alambre para formar una banda,
- drenar las aguas blancas de dicha banda,
- añadir celulosa microfibrilada (MFC, por sus siglas en inglés) o celulosa nanocristalina (NCC, por sus siglas en inglés) a dichas aguas blancas, por lo que dicho agente tensioactivo se une o interactúa físicamente con dicha MFC o NCC formando un complejo,
- reciclar dicho complejo a la composición fibrosa y/o a la banda,
en donde dicho complejo, que comprende la MFC o la NCC y el agente tensioactivo, se separa de al menos una parte de las aguas blancas antes de reciclarse a la composición fibrosa.
Las fibras pueden ser fibras de celulosa (y/o material de celulosa) u otras fibras naturales, fibras sintéticas o fibras especiales tales como fibras de vidrio. Las fibrillas pueden ser nanofibrillas de celulosa, tal como celulosa microfibrilada.
La adición de MFC o NCC a las aguas blancas permite al productor tener control sobre la concentración de agentes tensioactivos en el sistema. De esta forma, los problemas relacionados con un exceso de agentes tensioactivos en el sistema se disminuyen o reducen en gran medida, dando lugar a un proceso de fabricación estable y un proceso más rentable ya que la retención química es más eficiente. El exceso de agentes tensioactivos se acumula en las aguas blancas, ya sea en forma disuelta o, por ejemplo, como micelas, donde se une a la superficie de la MFC o la NCC añadida, formando un complejo reversible o irreversible. La unión o interacción entre la MFC o NCC y el agente tensioactivo puede ser, por ejemplo, electrostática (atractiva), hidrófoba, de inducción o dispersión o una combinación de estas interacciones. Además, la interacción puede desencadenarse controlando, por ejemplo, el pH, la conductividad iónica, el uso de electrolitos mono, di o multivalentes, la temperatura, la estabilidad al cizallamiento o la solubilidad de cualquiera de los componentes.
El complejo de agente tensioactivo de MFC o agente tensioactivo de NCC se separa de al menos una parte de dichas aguas blancas antes de recircular a la composición fibrosa. La separación del complejo se puede lograr mediante el uso de cualquier técnica de separación conocida, por ejemplo, mediante el uso de un hidrociclón, un tamiz, un filtro o por flotación. A continuación, el complejo separado puede reciclarse o reutilizarse (es decir, añadirse) a la composición fibrosa o a la banda formada en una cantidad controlada. El complejo puede añadirse a la composición fibrosa antes de que la pasta se aplique sobre el alambre. De forma alternativa, el complejo puede añadirse a la banda después de que la banda se haya formado en el alambre, por ejemplo, añadirse en el recubrimiento o encolado de la superficie del mismo o pulverizado sobre la banda húmeda antes de la sección de prensado. Otra opción es añadir el complejo recolectado a la rotura o a los productos químicos o rellenos que se utilizarán en el proceso. Parte del complejo puede además separarse y utilizarse, por ejemplo, como aditivo en materiales compuestos, etc.
El complejo de agente tensioactivo de MFC o NCC añadido a la composición fibrosa o a la banda puede contribuir a mejorar las propiedades del producto formado, tales como mayor volumen, mejor capacidad de impresión, suavidad y/o propiedades ópticas. La separación "de al menos una parte de las aguas blancas" también incluye una concentración del complejo en una primera parte de las aguas blancas y la separación de una segunda parte, con una concentración inferior del complejo (por ejemplo, por flotación), de dicha la primera parte que tiene mayor concentración. Dicha primera parte que tiene una mayor concentración del complejo puede, a continuación, reciclarse a la composición fibrosa.
Las aguas blancas, separadas del complejo, también pueden reciclarse al menos parcialmente a la composición fibrosa, preferiblemente antes de que la composición fibrosa se añada al alambre. Parte de las aguas blancas también puede tratarse como agua efluente o como material de lodos.
El agente tensioactivo puede estar presente en la composición fibrosa a una concentración de, por ejemplo, 0,01 - 1 % (p/p) en base al contenido de sólidos total de dicha composición fibrosa.
La MFC o NCC añadida a las aguas blancas puede modificarse o no modificarse y preferiblemente tiene una superficie específica de 1 a aproximadamente 300 m2/g. En una realización preferida, la MFC o NCC tiene una superficie específica de al menos 5 m2/g, preferiblemente al menos 10 m2/g, lo más preferiblemente al menos 15 m2/g, por ejemplo, entre 15-200 m2/g, determinándose el área de superficie para un material liofilizado por adsorción de gas de nitrógeno según el procedimiento BET utilizando, por ejemplo, el analizador de área de superficie Micromeritics Tri Star. La MFC se congela en 4 % en peso de sólidos con, por ejemplo, nitrógeno líquido y, a
continuación, se liofiliza mediante el uso de un instrumento de liofilización (por ejemplo, CHRIST ALPHA 2-4). El gas de nitrógeno se adsorbe a las muestras secadas a la temperatura del nitrógeno líquido (T = -196 °C). La celulosa microfibrilada que tiene tal alta área de superficie específica mejora la unión del agente tensioactivo.
En una realización, se añade un coagulante, un producto químico hidrófobo y/o funcional a las aguas blancas además de la MFC o NCC. El coagulante o el producto químico hidrófobo o funcional se puede añadir a las aguas blancas antes, simultáneamente o después de la adición de MFC o NCC, pero antes de la separación del complejo de las aguas blancas. La MFC o NCC y el coagulante o el producto químico se pueden mezclar previamente. De modo alternativo, el aditivo funcional se puede añadir durante el proceso de fabricación de MFC o NFC, como antes de una etapa de fluidización o entre etapas de fluidización. La adición de un coagulante mejora la formación de complejos que se separan más fácilmente de las aguas blancas en la etapa de separación. El coagulante puede, por ejemplo, seleccionarse del grupo que consiste en alumbre, sulfato de aluminio, cloruro de polialuminio (PAC), cloruro de polidialildimetilamonio (poli-DADMAC), polietilenimina, poliamidaaminas, polivinilpirrolidina y poliaminas. También otros polímeros catiónicos cortos tales como dextrinas o almidones altamente cargados u otros polielectrolitos o mezclas de, por ejemplo, electrolitos y polielectrolitos mono, di o multivalentes que son capaces de mejorar la interacción entre la MFC o la NCC así como los productos químicos tensioactivos.
El producto químico hidrófobo que se puede añadir además de la MFC o la NCC a las aguas blancas puede ser, por ejemplo, AKD, ASA, colofonia o cera de polietileno o parafina, anhídrido maleico de estireno, poliuretanos o cualquier otro producto químico funcional. Estos aditivos proporcionan una interacción más eficaz con restos hidrófobos sobre los tensioactivos. Dicho producto químico hidrófobo también se puede añadir durante la etapa de fluidización de MFC como se ha descrito anteriormente.
En otra realización, la MFC o la NCC se puede mezclar con un agente antiespumante. El agente antiespumante puede ser, por ejemplo, un tensioactivo o aceites de silicona o minerales.
El agente tensioactivo presente en la composición fibrosa se puede seleccionar del grupo de tensioactivos aniónicos, tensioactivos catiónicos, tensioactivos no iónicos, tensioactivos bipolares o combinaciones de los mismos. El agente tensioactivo puede incluir productos químicos tensioactivos comestibles y/o agentes desespumantes. Los productos químicos tensioactivos también podrían ser, por ejemplo, polímeros anfifílicos tales como copolímeros de bloques. Ejemplos de tensioactivos catiónicos son clorhidrato de laurilamina, cloruro de trimetildodecilamonio, bromuro de cetiltrimetilamonio y cloruro de dodeciltrimetilamonio. Ejemplos de tensioactivos aniónicos son, por ejemplo, alquilbencenosulfonatos, ácidos grasos, jabones, laurilsulfato, dialquilsulfosuccinato, lignosulfonatos, etc., tales como dodecilbencenosulfonato de Na, o dodecilsulfato de Na, o estearato de NA. Ejemplos de tensioactivos no iónicos son alcohol de polioxietileno, etoxilato de alquilo, polisorbato, productos químicos modificados con óxido de propileno. Los tensioactivos anfóteros pueden ser, por ejemplo, lípidos o betaínas.
Los agentes tensioactivos catiónicos o anfóteros se recogen preferiblemente mediante MFC o NCC no modificada o carboxilada. La MFC o NCC también podría injertarse con polielectrolitos anfóteros o aniónicos que proporcionen grupos aniónicos adicionales a la MFC o NCC, respectivamente. Los agentes tensioactivos aniónicos se recogen preferiblemente mediante MFC o NCC catiónica, mientras que los agentes tensioactivos no iónicos se recogen preferiblemente mediante MFC o NCC nativa o hidrófoba. La MFC o NCC catiónica se puede obtener mediante injerto de superficie utilizando un polímero catiónico tal como almidón o PDADMAC, PVAm o PEI, o mediante modificación química de la MFC o NCC, respectivamente. Puede obtenerse una MFC o NCC hidrófoba o bien mediante modificación con una resina como AKD o ASA o resina, o mediante modificación química como la sililación.
En una realización de la invención, el complejo de agente tensioactivo de MFC o NCC se recicla a la banda mediante la adición del complejo a una composición de recubrimiento o de encolado de superficie aplicada sobre la banda, cuya composición comprende además una sal de metal. La sal de metal puede ser una sal monovalente, pero preferiblemente es una sal de metal de un metal multivalente. Dicha sal puede, por ejemplo, ser cloruro de calcio, cloruro de aluminio, cloruro de magnesio, bromuro de magnesio, bromuro de calcio, cloruro de bario, nitrato de calcio, nitrato de magnesio, nitrato de bario, acetato de calcio, acetato de magnesio o acetato de bario o una mezcla de estos. La adición de una sal de metal mejora la retención del complejo y mejora aún más la capacidad de impresión del producto formado.
En una realización de la invención, la composición fibrosa se proporciona en forma de una composición fibrosa espumada que comprende fibras de celulosa y un agente tensioactivo. Una composición fibrosa espumada de este tipo se puede lograr, por ejemplo, proporcionando una espuma que comprende agua y un agente tensioactivo e incorporando fibras de celulosa en la espuma.
El agente tensioactivo presente en la composición fibrosa se puede haber añadido activamente a la composición fibrosa o un agente tensioactivo que surge de la pulpa o añadido junto con productos químicos en la preparación de la pulpa.
La banda continua formada por el procedimiento de la invención comprende fibras y/o material de celulosa, tal como fibras de celulosa u otras fibras naturales o sintéticas y/o fibrillas como celulosa microfibrilada o celulosa de nanofibras. La banda comprende preferiblemente fibras o material de celulosa en una cantidad de al menos 50 % en peso, más preferiblemente al menos 70 % en peso, en base al contenido seco total de dicha banda.
En una realización preferida de la invención, la banda formada por el procedimiento es un papel o una capa de cartón. La formación de un papel o una capa de cartón según la invención disminuye los problemas previamente causados por un exceso de tensioactivo en el proceso, tal como la formación de espuma en lugares no deseados, la reducción de las propiedades barrera, los efectos no deseados en las plantas de tratamiento de aguas residuales, etc. La capa de cartón formada se puede utilizar como una capa en una estructura de cartón multicapa, por ejemplo, como capa superior, media y/o reversa. La invención se refiere además a un papel o cartón que incluye la banda producida mediante el procedimiento. El papel formado tiene preferiblemente un gramaje de entre 70-200 gsm, mientras que el cartón tiene preferiblemente un gramaje de entre 200-350 gsm.
En otra realización de la invención, la banda formada por el procedimiento es una película de MFC. En esta realización, la composición fibrosa comprende celulosa microfibrilada hasta una cantidad de al menos el 50 % en peso, o al menos el 70 % en peso, o al menos el 85 % en peso, calculada sobre el contenido sólido total de la composición fibrosa.
Según un segundo aspecto, la invención se refiere al uso de MFC o NCC para adsorber y separar agentes tensioactivos de composición fibrosa, tal como una composición fibrosa para la fabricación de papel o cartón que comprende fibras y/o fibrillas.
En otra realización de la invención, la banda formada por el procedimiento es un tejido no tejido. En esta realización, al menos una parte de las fibras son fibras naturales, fibras sintéticas o fibras especiales tales como fibras de vidrio.
Descripción detallada
En el contexto de la solicitud de patente, se entenderá por celulosa microfibrilada (MFC) una fibra o fibrilla de partículas de celulosa a nanoescala con al menos una dimensión inferior a 100 nm. La MFC comprende fibras de celulosa o lignocelulosa parcial o totalmente fibriladas. Las fibrillas liberadas tienen un diámetro inferior a 100 nm, mientras que el diámetro real de las fibrillas o la distribución de tamaño de partícula y/o la relación de aspecto (largo/ancho) depende de la fuente y los procedimientos de fabricación. La fibrilla más pequeña se llama fibrilla elemental y tiene un diámetro de aproximadamente 2-4 nm (véase, por ejemplo, Chinga-Carrasco, G., Cellulose fibres, nanofibrils and microfibrils,: The morphological sequence of m Fc components from a plant physiology and fibre technology point of view, Nanoscale research letters 2011, 6:417), mientras que es común que la forma agregada de las fibrillas elementales, también definidas como microfibrillas (Fengel, D., Ultrastructural behavior of cell wall polysaccharides, Tappi J., March 1970, Vol 53, No. 3.), sea el principal producto que se obtiene al fabricar MFC, por ejemplo, mediante el uso de un proceso de refinado extendido o un proceso de desintegración por caída de presión. Dependiendo de la fuente y el proceso de fabricación, la longitud de las fibrillas puede variar desde aproximadamente 1 a más de 10 micrómetros. Un grado de MFC grueso puede contener una fracción sustancial de fibras fibriladas, es decir, fibrillas que sobresalen de la traqueida (fibra de celulosa) y con una determinada cantidad de fibrillas liberadas de la traqueida (fibra de celulosa).
Existen diferentes acrónimos para MFC como microfibrillas de celulosa, celulosa fibrilada, celulosa nanofibrilada (NFC), agregados de fibrillas, fibrillas de celulosa a nanoescala, nanofibras de celulosa, nanofibrillas de celulosa, microfibras de celulosa, fibrillas de celulosa, celulosa microfibrilar, agregados de microfibrillas y agregados de microfibrillas de celulosa. La MFC también se puede caracterizar por diversas propiedades físicas o físico-químicas tales como una gran superficie específica o su capacidad para formar un material similar a un gel con pocos sólidos (1-5 % en peso) cuando se dispersa en agua. La fibra de celulosa se fibrila preferiblemente hasta tal punto que el área de superficie específica final de la MFC formada es de aproximadamente de 1 a aproximadamente 200 m2/g, o más preferiblemente 50-200 m2/g cuando se determina para un material liofilizado con el procedimiento BET.
Existen diversos procedimientos para producir MFC, tales como refinado de una o múltiples pasadas, prehidrólisis seguida de refinado o desintegración de alto cizallamiento o liberación de fibrillas. Por lo general, se requiere uno o
varios pasos de tratamiento previo para que la fabricación de MFC sea eficiente y sostenible desde el punto de vista energético. Las fibras de celulosa de la pulpa a suministrar pueden, de este modo, tratarse previamente enzimática o químicamente, por ejemplo, para reducir la cantidad de hemicelulosa o lignina. Las fibras de celulosa pueden modificarse químicamente antes de la fibrilación, en donde las moléculas de celulosa contienen grupos funcionales distintos (o además) de los que se encuentran en la celulosa original. Dichos grupos incluyen, entre otros, grupos carboximetilo (CMC), aldehído y/o carboxilo (celulosa obtenida por oxidación mediada por N-oxilo, por ejemplo, "TEMPO"), o amonio cuaternario (celulosa catiónica). Después de modificarse u oxidadarse en uno de los procedimientos anteriormente descritos, es más fácil desintegrar las fibras en MFC o en un tamaño nanofibrilar o NFC.
La celulosa nanofibrilar puede contener algunas hemicelulosas; la cantidad depende de la fuente de la planta. La desintegración mecánica de las fibras tratadas previamente, por ejemplo, materia prima de celulosa hidrolizada, hinchada previamente u oxidada se lleva a cabo con un equipo adecuado tal como un refinador, triturador, homogeneizador, filtro de coloides, triturador de fricción, sonicador de ultrasonidos, fluidizador tal como microfluidizador, macrofluidizador u homogeneizador de tipo fluidizador. Dependiendo del procedimiento de fabricación de la MFC, el producto también puede contener finos o celulosa nanocristalina (NCC) o, por ejemplo, otros productos químicos presentes en las fibras de madera o en el proceso de fabricación de papel. El producto también puede contener diversas cantidades de partículas de fibra de tamaño micrométrico que no se han fibrilado de manera eficiente.
La MFC se produce a partir de fibras de celulosa de madera, tanto de madera dura como de madera blanda. También se puede fabricar a partir de fuentes microbianas, fibras agrícolas como pulpa de paja de trigo, bambú, bagazo u otras fuentes de fibra no maderera. Preferiblemente está fabricado de pulpa que incluye pulpa de fibra virgen, por ejemplo, pulpas mecánicas, químicas y/o termomecánicas. También se puede fabricar con papel roto o reciclado.
La definición anteriormente descrita de MFC incluye, pero no se limita a, el nuevo estándar propuesto TAPPI W13021 sobre celulosa nanofibrilada (CNF, por sus siglas en inglés) que define un material de nanofibra de celulosa que contiene múltiples fibrillas elementales con regiones cristalinas y amorfas, que tiene una relación de aspecto alta con un ancho de 5-30 nm y la relación de aspecto suele ser superior a 50.
La celulosa nanocristalina (NCC) se produce por hidrólisis ácida de celulosa procedente de muchas fuentes y también se la conoce como nanocristales de celulosa, cristalitos de celulosa, bigotes de celulosa y microcristales de celulosa en forma de varilla que pueden derivarse de madera, algodón, cáñamo, lino, paja de trigo, corteza de morera, ramio, tunicina y celulosa de algas y bacterias. La NCC producida a partir de celulosas vegetales tiene habitualmente un diámetro de 5 a 70 nm y una longitud de 100 a 250 nm, mientras que la NCC de tunicados, algas y bacterias tiene un diámetro de 5 a 70 nm y una longitud de 100 nm - varios pm.
El área de superficie específica se mide según el procedimiento BET utilizando un análisis de área de superficie de MicromeriticsTri Star. Según este procedimiento, la MFC se congela en un 4 % en peso de sólidos con, por ejemplo, nitrógeno líquido y, a continuación, se liofiliza mediante el uso de un instrumento de liofilización (por ejemplo, CHRIST ALPHA 2-4). El gas de nitrógeno se adsorbe a las muestras secadas a la temperatura del nitrógeno líquido (t = 196 °C).
Según la invención, se añade MFC o NCC como adsorbente tensioactivo a las aguas blancas en un proceso de formación de banda, cuyo proceso utiliza tecnología de tendido en húmedo, preferiblemente en una máquina de papel o cartón. Otra opción es añadir MFC a la rotura, cuya rotura comprende agentes tensioactivos. La banda formada puede, por ejemplo, ser una banda para la fabricación de papel o cartón, una toallita húmeda, un pañuelo de papel, un absorbente o una película de MFC.
Las realizaciones de la invención se describirán ahora, a modo de ejemplos, haciendo referencia al dibujo esquemático adjunto.
La figura 1 muestra esquemáticamente la sección de formación de una máquina de papel o cartón.
Haciendo referencia a la figura 1, y según una realización de la invención, se aplica una composición fibrosa que comprende fibras de celulosa y un agente tensioactivo sobre un alambre de formación (2) desde una caja de entrada (1).
En la realización de la fabricación de papel o cartón, la composición fibrosa puede comprender aditivos adicionales bien conocidos en la técnica para la fabricación de papel o cartón, por ejemplo, rellenos, tales como arcilla, talco, sílice o carbonato de calcio, productos químicos tañes como tintes, agentes abrillantadores ópticos, productos químicos de resistencia en húmedo, productos químicos de resistencia, fijadores, biocidas, agentes de encolado, agentes de drenaje y retención, etc. La composición es una mezcla de agua, fibras, agentes tensioactivos y otros aditivos y normalmente tiene una consistencia de, por ejemplo, 0,5 - 2 % en la caja de entrada. La composición fibrosa puede comprender pulpa química o mecánica de fibras de madera dura y/o madera blanda. También puede contener pulpa reciclada, pulpa destintada, roturas recubiertas o no recubiertas o una mezcla de diversas pulpas. La pulpa también puede contener fibras sintéticas.
Después de aplicar la composición fibrosa sobre el alambre que forma una hoja, se drenan las aguas blancas de la hoja a través del alambre (2) y, al menos parcialmente, se recirculan hasta la preparación de composición fibrosa en un circuito de circulación (4). Según la invención, se añade MFC o NCC a las aguas blancas (5), después de que se hayan drenado de la hoja, pero antes de que se recirculen a la preparación de la pasta. En esta etapa, las aguas blancas, además de los agentes de tratamiento de superficie, pueden comprender fibras, finos y productos químicos, y normalmente tienen una consistencia de menos del 0,5 %, por ejemplo, entre 0,01 - 0,5 % o 0,01 - 0,3 %. En consistencias tan bajas, la MFC o NCC añadida puede formar complejos de manera eficiente con los agentes de tratamiento de superficie presentes en las aguas blancas.
Antes de recircularse hasta la preparación de la composición fibrosa, las aguas blancas pasan por una o varias etapas de separación, por ejemplo, etapas de cribado, limpieza y/o flotación, donde se recogen fibras y productos químicos valiosos. En al menos una de tales etapas de separación, el complejo de agente tensioactivo de MFC formado (o el complejo de agente tensioactivo de NCC formado) puede separarse de parte de las aguas blancas. A continuación, dicho complejo se añade a la composición fibrosa en la preparación de pasta en una cantidad controlada. De modo alternativo, el complejo de agente tensioactivo de MFC o NCC se puede recircular directamente a la preparación de pasta junto con las aguas blancas.
El procedimiento puede comprender otras etapas conocidas en la técnica para fabricar el papel o cartón final, tales como secado, prensado, encolado de superficies, recubrimiento y/o calandrado.
En una realización preferida de la invención, el procedimiento de formación de la banda incluye la formación de espuma, en la que se forma la banda a partir de una suspensión de composición fibrosa espumada. Esto se puede lograr convirtiendo la composición fibrosa en una suspensión espumada a medida que se alimenta desde la caja de entrada al alambre de formación. La formación de espuma da lugar a un volumen mayor, que es de uso particular en la fabricación de papel tisú o cartón. En esta realización, se espuma una composición fibrosa que comprende fibras de celulosa y un agente tensioactivo antes de aplicarla sobre el alambre. La espumación de la composición fibrosa se puede lograr exponiendo la composición fibrosa acuosa a una acción de cizallamiento vigorosa, por lo que el aire se dispersa en la composición fibrosa en forma de burbujas muy pequeñas. Después de que se haya aplicado la suspensión de composición fibrosa espumada sobre el alambre para formar una banda fibrosa, se drena las aguas blancas de la banda, a la que se añade MFC o NCC antes de recircularla a la preparación de pasta. Tal como se ha descrito anteriormente, los complejos formados de este modo de agente tensioactivo de MFC o NCC pueden separarse y reciclarse a la composición fibrosa en la preparación de pasta en una cantidad controlada.
El procedimiento de la invención también puede utilizarse para fabricar una película de MFC. En esta realización, se aplica una suspensión de MFC sobre un alambre, preferiblemente con una consistencia de 0,1-1 % en peso. La suspensión comprende fibras de MFC, normalmente por encima del 70 % en peso o por encima del 80 % en peso, en base al peso de los sólidos de la suspensión, y un agente tensioactivo. Después de colocar la banda sobre el alambre, se deshidrata para formar una película. Las aguas blancas drenadas se reciclan para la preparación de la suspensión de MFC. Se añade una segunda MFC adicional a las aguas blancas drenadas antes de que se recircule a la preparación de la suspensión de MFC. Preferiblemente, dicha segunda MFC tiene un área de superficie mayor que dicha primera MFC. La película formada por el procedimiento de la invención preferiblemente tiene una tasa de transmisión de oxígeno (OTR, por sus siglas en inglés) de menos de 500 ml/m2/día, o menos de 100 ml/m2/día, o menos de 50 ml/m2/día, o menos de 10 ml/m2/día o menos de 1 ml/m2/día. La película tiene un gramaje de menos de 50 g/m2, o preferiblemente menos de 35 g/m2, menos de 25 g/m2 o menos de 20 g/m2.
Claims (10)
1. Un procedimiento para formar una banda continua de un papel, una capa de cartón, una película de MFC o un tejido no tejido que comprende fibras y/o fibrillas, cuyo procedimiento comprende las etapas de:
- proporcionar una composición fibrosa que comprende fibras y/o fibrillas y un agente tensioactivo,
- aplicar dicha composición fibrosa sobre un alambre para formar una banda,
- drenar las aguas blancas de dicha banda,
- añadir celulosa microfibrilada (MFC, por sus siglas en inglés) y/o celulosa nanocristalina (NCC, por sus siglas en inglés) a dichas aguas blancas, por lo que dicho agente tensioactivo se une o interactúa físicamente con dicha MFC o NCC formando un complejo,
- reciclar dicho complejo a la composición fibrosa y/o a la banda,
en donde dicho complejo, que comprende la MFC o la NCC y el agente tensioactivo, se separa de al menos parte de las aguas blancas antes de reciclarse a la composición fibrosa.
2. Un procedimiento según cualquiera una de las reivindicaciones anteriores, en donde la MFC o NCC tiene un área de superficie específica de al menos 5 m2/g, preferiblemente al menos 10 m2/g, lo más preferiblemente al menos 15 m2/g, tal como entre 15-200 m2/g, determinada para un material liofilizado por adsorción de gas de nitrógeno según el procedimiento BET.
3. Un procedimiento según cualquiera una de las anteriores reivindicaciones, en donde se añade un coagulante a las aguas blancas además de la m Fc o NCC.
4. Un procedimiento según la reivindicación 4, en donde el coagulante se selecciona del grupo que consiste en alumbre, cloruro de polialuminio (PAC), cloruro de polidialildimetilamonio (poli-DADMAC), poliaminas y sulfato férrico.
5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el agente tensioactivo es un agente tensioactivo catiónico o anfótero y la MFC o NCC no está modificada.
6. Un procedimiento según cualquiera una de las reivindicaciones 1-5, en donde el agente tensioactivo es un agente tensioactivo aniónico y la MFC o NCC es catiónica.
7. Un procedimiento según cualquiera una de las reivindicaciones 1-5, en donde el agente tensioactivo es un agente tensioactivo no iónico y la m Fc , NFC o NCC es hidrófoba o nativa.
8. Un procedimiento según cualquiera una de las reivindicaciones anteriores, en donde el complejo se recicla a la banda mediante la adición del complejo a una composición de recubrimiento o encolado de superficie aplicada sobre la banda y en donde dicha composición de recubrimiento o encolado de superficie comprende adicionalmente una sal de metal.
9. El procedimiento de formación de una banda según cualquiera una de las reivindicaciones anteriores, en donde la composición fibrosa que comprende el agente tensioactivo es una composición fibrosa espumada.
10. Uso de fibras de celulosa microfibrilada (MFC) o celulosa nanocristalina (NCC) para adsorber y separar agentes tensioactivos de una composición fibrosa que comprende fibras y/o fibrillas.
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