ES2944302T3 - Un producto polimérico para mejorar la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos en la fabricación de papel o cartón - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para fabricar papel o cartón ya un sistema de encolado interno para proporcionar una mejor retención de agentes de encolado internos hidrofóbicos. Un sistema de encolado interno comprende un agente de encolado interno hidrófobo como primer componente seleccionado del grupo que consta de anhídrido succínico alquenil5 (ASA), dímero de alquilceteno (AKD), colas de colofonia y cualquier combinación de los mismos, y un producto de polímero soluble en agua que comprende anfótero poliacrilamida como segundo componente, cuya poliacrilamida anfótera tiene carga neta neutra o catiónica a pH 7, un peso molecular promedio en peso10 de 700 000 - 18 000 000 g/mol y una ionicidad total de 4 - 28 mol- %, donde el primer componente y el segundo componente se proporcionan como componentes separados o como una combinación del primer componente y el segundo componente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un producto polimérico para mejorar la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos en la fabricación de papel o cartón

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la fabricación de papel o cartón y más específicamente al encolado de papel o cartón. La invención se refiere a un método para fabricar papel o cartón y a un sistema de encolado interno para proporcionar una retención mejorada de los agentes de encolado interno hidrófobos.

Antecedentes de la invención

El encolado se usa durante la fabricación de papel o cartón para reducir la tendencia del papel o cartón a absorber líquidos. Un objetivo del encolado también puede ser permitir que las tintas y pinturas permanezcan sobre la superficie del papel o cartón y se sequen allí, en lugar de ser absorbidas por el papel o cartón. Para alcanzar estos objetivos, se han desarrollado varios agentes de encolado y se han usado habitualmente en la fabricación de papel o cartón. Los agentes de encolado se pueden aplicar en el extremo húmedo del proceso de fabricación de papel o se puede aplicar como un revestimiento adecuado sobre el papel seco. Los agentes de encolado de aplicación en el extremo húmedo también pueden tener otras funcionalidades además de aumentar solamente la resistencia a la penetración del agua. Los agentes de encolado de aplicación en el extremo húmedo también pueden reducir la formación de polvo, controlar la dispersión de las tintas, mejorar la deshidratación y mejorar la calidad del papel, entre otras funciones.

El encolado aplicado en el extremo húmedo del proceso de fabricación de papel usa agentes de encolado internos. Los agentes de encolado internos deseados tienen algunas características básicas tales como alta hidrofobicidad, buena retención sobre las fibras y distribución uniforme a lo largo de las superficies de las fibras. Las resinas de colofonia son uno de los agentes de encolado internos y son eficaces para las condiciones de fabricación de papel acidas. El anhídrido alquenilsuccínico (ASA, por sus siglas en inglés) y el dímero de alquilceteno (AKD, por sus siglas en inglés) se han desarrollado específicamente como agentes de encolado internos para condiciones de fabricación de papel básicas o neutras. El ASA reacciona fácilmente con el hidroxilo de la celulosa y desarrolla un efecto de encolado instantáneo en la máquina. El rápido desarrollo del encolado logrado con el ASA garantiza que la aplicación de productos químicos superficiales posteriores permanezca principalmente sobre la superficie de la lámina de papel. El AKD reacciona con relativa lentitud con la celulosa y el desarrollo del encolado puede tardar días o semanas después del secado.

El Documento de Patente de Número WO2012/007364 describe una composición de encolado superficial que comprende ASA para su uso en la fabricación de papel. El Documento de Patente de Número WO00/47819 describe una dispersión acuosa de un agente de encolado que contiene un compuesto de aluminio y un polímero anfótero.

El Documento de Patente de Número JP 2001 117200 describe un soporte para papel fotográfico, donde las caras de una base de papel están revestidas con una resina de poliolefina y dicha base de papel contiene un copolímero de poliacrilamida anfótero. El Documento de Patente de Número WO2016/175299 describe un papel estéril que comprende un material base y una capa termoadhesiva laminada sobre la superficie del material base. Un material base comprende resinas de poliacrilamida.

Es importante controlar la retención de los agentes de encolado internos sobre las fibras, ya que, de lo contrario, se pueden acumular en las aguas del proceso y/o formar depósitos sobre las superficies del proceso. Los depósitos formados pueden causar defectos de calidad y también roturas de la lámina y, por lo tanto, afectar a la productividad en la máquina de papel o cartón. Por lo tanto, los métodos para mejorar la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos están bajo un interés continuo.

La mayoría de las fábricas de papel que usan el ASA, usan almidón catiónico como agente emulsionante. Se ha demostrado que el almidón catiónico promueve la eficiencia del encolado por el ASA y, por lo general, dosis mayores de almidón conducirán a un nivel de encolado más alto. Sin embargo, el almidón a menudo no es un componente deseado en las plantas de fabricación de papel porque puede conducir a un crecimiento biológico excesivo y a problemas de depósitos. Por lo tanto, existe la necesidad de disoluciones que puedan disminuir la cantidad de almidón catiónico usado en el encolado manteniendo o incluso mejorando la eficacia del encolado interno.

En la industria papelera, un parámetro esencial también es el costo y la adaptabilidad con los métodos y la maquinaria existentes. Por lo tanto, los métodos novedosos que requieran cantidades más pequeñas de agentes de encolado interno y reduzcan los costos también están bajo un interés continuo. Cualquier método nuevo debe ser económico de usar y debe requerir solo adaptaciones mínimas a los sistemas existentes.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención reducir o incluso eliminar los problemas antes mencionados que aparecen en la técnica anterior.

Un objeto de la presente invención es mejorar especialmente la fijación de los agentes de encolado interno hidrófobos sobre las fibras.

Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un método para fabricar papel o cartón que requiera una menor cantidad de agentes de encolado interno hidrófobos para proporcionar el valor COBB⁶⁰ requerido del papel o cartón, es decir, propiedades para resistir la penetración y la retención de la humedad.

Estos objetos se logran con la invención que tiene las características presentadas a continuación en las partes caracterizadoras de las reivindicaciones independientes. Algunas realizaciones preferidas de la invención se presentan en las reivindicaciones dependientes.

Las características enumeradas en las reivindicaciones dependientes y las realizaciones en la descripción se pueden combinar libremente entre sí a menos que se indique explícitamente lo contrario.

Los ejemplos de realización presentados en este texto y sus ventajas se refieren a partes aplicables al método, al sistema de tratamiento, al uso así como al papel o cartón según la invención, aunque esto no siempre se menciona por separado.

Un sistema de encolado interno según la invención para la fabricación de papel o cartón comprende

- un agente de encolado interno hidrófobo como un primer componente seleccionado del grupo que consiste en anhídrido alquenilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD), agentes de encolado de colofonia y cualquier combinación de los mismos, y

- un producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera como un segundo componente, poliacrilamida anfótera que tiene una carga neta neutra o catiónica a pH 7, un peso molecular promedio en peso de 3.500.000 a 18.000.000 g/mol y una ionicidad total del 5 al 20 % en moles, y poliacrilamida anfótera que comprende un agente reticulante menos del 0,002 % en moles,

en donde el primer componente y el segundo componente se proporcionan como componentes separados o como una combinación del primer componente y del segundo componente.

Un método según la invención para la fabricación de papel o cartón, donde se forma una lámina de fibras a partir de una suspensión acuosa de fibras, comprendiendo el método:

- proporcionar una suspensión acuosa de fibras;

- diluir opcionalmente la suspensión acuosa de fibras;

- suministrar la suspensión acuosa de fibras a una caja de entrada, drenar la suspensión acuosa de fibras sobre un tamiz de alambre para formar una lámina húmeda de papel o cartón, y

- prensar y secar la lámina húmeda para obtener una lámina de papel o cartón,

en donde un agente de encolado interno hidrófobo seleccionado del grupo que consiste en anhídrido alquenilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD), agentes de encolado de colofonia y cualquier combinación de los mismos, y un producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera con una carga neta neutra o catiónica a pH 7, un peso molecular promedio en peso de 3.500.000 a 18.000.000 g/mol y una ionicidad total del 5 al 20 % en moles y que comprende un agente reticulante a menos del 0,002 % en moles, se añaden al menos a una fracción de la suspensión de fibras como una combinación o como componentes separados.

Según la presente invención, un producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera, que tiene una carga neta neutra o catiónica a pH 7, un peso molecular promedio en peso de 3.500.000 a 18.000.000 g/mol y una ionicidad total del 5 al 20 % en moles y con la poliacrilamida anfótera comprendiendo un agente reticulante a menos del 0,002 % en moles, se usa para mejorar la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos seleccionados del grupo que consiste en anhídrido alquenilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD), agentes de encolado de colofonia y cualquier combinación de los mismos en la fabricación de papel o cartón, donde se forma una lámina de fibras a partir de una suspensión acuosa de fibras.

Un producto de papel o cartón según la presente invención comprende el sistema de encolado interno especificado según la presente invención. El producto de papel o cartón según la presente invención se obtiene preferiblemente mediante el método de la invención o mediante el uso de la invención de una poliacrilamida anfótera soluble en agua especificada.

Ahora se ha descubierto sorprendentemente que el producto polimérico soluble en agua, que comprende una poliacrilamida anfótera específica, mejora la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos que se añaden a una suspensión de fibras. La presente invención se refiere también a la eficacia del encolado mejorada, que se atribuye al menos a la capacidad de la poliacrilamida anfótera para mejorar la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos sobre la lámina de papel o cartón. Una mejora adicional en la eficiencia del encolado puede provenir de la capacidad de la poliacrilamida anfótera para mejorar la retención de los finos en la lámina de papel o cartón simultáneamente con los agentes de encolado interno hidrófobos, ya que estos suelen estar asociados con los finos presentes en la suspensión de fibras. Además, la retención mejorada de los agentes de encolado interno hidrófobos y de los finos reduce su acumulación en las aguas del proceso, tales como las aguas blancas. Se supone que la poliacrilamida anfótera fija con éxito, es decir, une o asocia, el(los) agente(s) de encolado interno hidrófobo(s) sobre las fibras y, por lo tanto, sobre la lámina de papel o cartón, reduciendo así también la acumulación y deposición en las superficies y/o aguas del proceso. Esto se puede observar por una mejor capacidad de funcionamiento de la máquina de papel o cartón, ya que se pueden evitar las roturas de la lámina cuando los agentes de encolado internos y/o los finos no se acumulan en las aguas del proceso y/o no se depositan sobre las superficies del proceso. La eficiencia de encolado mejorada también se puede atribuir a la resistencia al cizallamiento mejorada de la fijación del encolado asistida por la poliacrilamida anfótera.

La fijación mejorada de los agentes de encolado interno hidrófobos puede incluso proporcionar un control mejorado de la migración de los agentes de encolado interno hidrófobos en el papel o cartón, beneficiando así el rendimiento del encolado.

La retención mejorada lograda por el método según la invención hace posible lograr el valor Cobb⁶⁰ objetivo del producto de papel o cartón con una menor cantidad de agentes de encolado interno hidrófobos, por lo que también se consiguen ahorros de costes significativos. Mediante el uso de la poliacrilamida anfótera, también se puede reducir o incluso eliminar la cantidad de almidón catiónico en la formulación de encolado interno hidrófoba, reduciendo así la necesidad de biocidas y mejorando la calidad de las aguas circulantes. Cuando se usa almidón catiónico en las formulaciones de encolado interno hidrófobas, la poliacrilamida anfótera puede proporcionar el beneficio adicional de una retención mejorada del almidón catiónico evitando así su acumulación en la circulación del agua. En una realización preferida de la invención, el producto de papel o cartón tiene al menos el 5 %, preferiblemente al menos el 8 %, más preferiblemente al menos un 10 % menos del valor Cobb⁶⁰ en comparación con un papel o cartón similar que no comprende el segundo componente del sistema de encolado interno. El producto de papel o cartón según una realización de la invención tiene un valor Cobb⁶⁰ predeterminado y comprende al menos el 5 %, preferiblemente al menos el 10 %, más preferiblemente al menos el 15 % menos del primer componente del sistema de encolado interno, en comparación con un papel o cartón similar con el mismo Cobb⁶⁰ predeterminado y que no comprende el segundo componente del sistema de encolado interno.

Además, la ionicidad total, y especialmente la cationicidad, de la poliacrilamida anfótera especificada es moderada o incluso baja, por lo que también se reduce el riesgo de sobrecationización del proceso de fabricación de papel o cartón.

Se ha observado que el sistema de encolado interno según la presente invención funciona en un amplio intervalo de pH, tanto en condiciones ácidas como neutras o alcalinas.

Descripción detallada de la invención

Según el contexto de la presente solicitud, el término “agentes de encolado interno hidrófobos” se usa para abarcar anhídrido alquenilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD), agentes de encolado de colofonia y cualquier combinación de los mismos.

En la presente invención, se usa al menos un agente de encolado interno hidrófobo en combinación con una poliacrilamida anfótera específica.

En el contexto de la presente solicitud, el término “poliacrilamida anfótera” indica una poliacrilamida donde están presentes unidades tanto catiónicas como aniónicas en una disolución acuosa a pH 7. La poliacrilamida anfótera se obtiene por copolimerización de acrilamida o metacrilamida junto con monómeros aniónicos y catiónicos. Preferiblemente, la poliacrilamida anfótera se obtiene por copolimerización de acrilamida junto con monómeros aniónicos y catiónicos.

El término "soluble en agua” se entiende en el contexto de la presente solicitud que el producto polimérico y, en consecuencia, la poliacrilamida anfótera, es completamente miscible con agua. Cuando se mezcla con un exceso de agua, la poliacrilamida anfótera en el producto polimérico se disuelve preferiblemente por completo y la disolución polimérica obtenida está preferiblemente esencialmente libre de partículas o gránulos de polímero discretos. El exceso de agua significa que la disolución polimérica obtenida no es una disolución saturada.

La poliacrilamida anfótera tiene carga neta neutra o catiónica a pH 7. Carga neta neutra significa que a pH 7 las cargas de las unidades cargadas aniónicas y catiónicas presentes en la poliacrilamida se anulan entre sí, por lo que la poliacrilamida anfótera tiene una carga neta neutra. En la realización catiónica neta, la poliacrilamida anfótera tiene más cargas catiónicas que cargas aniónicas a pH 7, por lo que la poliacrilamida anfótera tiene una carga neta catiónica. Según una realización, del 50 al 95 %, preferiblemente del 60 al 90 %, más preferiblemente del 70 al 85 %, de las unidades cargadas en la poliacrilamida anfótera son catiónicas. Así, según una realización preferida, la poliacrilamida anfótera tiene una carga catiónica neta medida a pH 7. Esto significa que la carga neta de la poliacrilamida anfótera permanece positiva, incluso si contiene unidades aniónicas. La carga neta de la poliacrilamida anfótera se calcula como la suma de las cargas de las unidades catiónicas y aniónicas presentes. La cationicidad neta de la poliacrilamida anfótera proporciona una interacción mejorada entre la poliacrilamida anfótera y todos los componentes aniónicos presentes en la suspensión de fibras, siendo la más importante la interacción que tiene lugar con las fibras. Asimismo, se puede mejorar la fijación de los agentes de encolado interno hidrófobos, especialmente cuando están asociados a los finos aniónicos presentes en la suspensión de fibras.

Según una realización, la poliacrilamida anfótera en el producto polimérico comprende del 3 al 25 % en moles, preferiblemente del 3 al 20 % en moles, más preferiblemente del 4 al 12 % en moles, de unidades estructurales derivadas de monómeros catiónicos. Según una realización, la poliacrilamida anfótera en el producto polimérico comprende del 0,5 al 6 % en moles, preferiblemente del 1 al 5 % en moles, más preferiblemente del 1 al 3 % en moles, de unidades estructurales derivadas de monómeros aniónicos.

Cuando la poliacrilamida anfótera se prepara mediante un proceso de polimerización en gel, el peso molecular promedio en peso de la poliacrilamida es preferiblemente de 3.500.000 a 18.000.000 g/mol. Según una realización preferible, la poliacrilamida anfótera tiene un peso molecular promedio en peso en el intervalo de 3.500.000 a 11.000.000 g/mol o de 3.500.000 a 8.000.000 g/mol. El peso molecular de la poliacrilamida anfótera tiene un impacto en su comportamiento y rendimiento. Se ha observado que cuando el peso molecular promedio en peso de la poliacrilamida anfótera es de 700.000 g/mol o más, preferiblemente de 1.000.000 g/mol o más, se mejora la fijación de los agentes de encolado interno hidrófobos a las fibras. Al aumentar el peso molecular promedio en peso de la poliacrilamida anfótera, se puede lograr una mejora adicional de la floculación, de la retención y del drenaje. Sin embargo, también se ha observado que cuando el peso molecular promedio en peso es como máximo de 18.000.000 g/mol, las fibras están espaciadas más uniformemente, hay un menor riesgo de floculación excesiva, por lo que no se altera la formación de la lámina, incluso con dosis de polímero más altas. El peso molecular promedio en peso en el intervalo de 3.500.000 a 11.000.000 g/mol o de 3.500.000 a 8.000.000 g/mol proporciona la mejora de la floculación, de la retención y del drenaje con el riesgo reducido de la floculación excesiva, incluso a niveles de dosificación más altos. Esto también se puede deber a la presencia de cargas tanto aniónicas como catiónicas, por lo que los polímeros anfóteros son capaces de formar anillos en la suspensión de fibras para fabricación de papel, especialmente a un pH de fabricación de papel neutro, evitando así una floculación demasiado extensa que podría estropear la formación de la lámina formada.

La poliacrilamida anfótera puede tener una viscosidad intrínseca en el intervalo de 2,7 a 27 dl/g, lo que corresponde aproximadamente a un peso molecular promedio en peso de 700.000 a 18.000.000 g/mol. Según una realización preferida, la viscosidad intrínseca de la poliacrilamida anfótera puede estar en el intervalo de 3,5 a 27 dl/g, preferiblemente de 6,7 a 27 dl/g, más preferiblemente de 7,5 a 27 dl/g, incluso más preferiblemente de 8,5 a 19 dl/g, tal como de 8,5 a 15,2 dl/g. Las viscosidades intrínsecas reflejan el tamaño de la molécula y los pesos moleculares promedio en peso se pueden calcular como se explica más adelante.

El valor "peso molecular promedio en peso" se usa en el presente contexto para describir la magnitud de la longitud de la cadena polimérica. Los valores del peso molecular promedio en peso se calculan preferiblemente a partir de los resultados de la viscosidad intrínseca medidos de una manera conocida en NaCl 1 N a 25 °C usando un viscosímetro capilar Ubbelohde. El capilar seleccionado es el adecuado, y en las mediciones de esta solicitud se usó un viscosímetro capilar Ubbelohde con una constante K= 0,005228. Luego, el peso molecular promedio se calcula a partir del resultado de la viscosidad intrínseca de una manera conocida usando la ecuación de Mark-Houwink [q]= KMa, donde [q] es la viscosidad intrínseca, M es el peso molecular (g/mol) y K y a son parámetros dados en Polymer Handbook, Cuarta Edición, Volumen 2, Editores: J. Brandrup, E. H. Immergut y E. A. Grulke, John Wiley & Sons, Inc., EE.UU., 1.999, página VII/11 para la poli(acrilamida). En consecuencia, el valor del parámetro K es 0,0191 ml/g y el valor del parámetro "a" es 0,71. El intervalo del peso molecular promedio dado para los parámetros en las condiciones usadas es de 490.000 a 3.200.000 g/mol, pero los mismos parámetros se usan para describir la magnitud del peso molecular también fuera de este intervalo. El pH de las disoluciones poliméricas para la determinación de la viscosidad intrínseca se ajusta a 2,7 con ácido fórmi

anfóteras.

Según una realización preferible, la ionicidad total de la poliacrilamida anfótera está en el intervalo del 5 al 20 % en moles, preferiblemente del 6 al 15 % en moles, más preferiblemente del 6 al 12 % en moles. La poliacrilamida anfótera en el producto polimérico puede comprender al menos un 72 % en moles, preferiblemente al menos un 75 % en moles de unidades estructurales derivadas de monómeros de acrilamida y/o metacrilamida. La ionicidad total incluye todas las unidades estructurales con carga iónica en la poliacrilamida anfótera, originándose la mayoría de las unidades cargadas a partir de los monómeros iónicos pero incluyen también otras unidades cargadas que se originan a partir de agentes de terminación de cadena o similares. Se ha observado que es beneficioso cuando la ionicidad total del polímero es como máximo el 20 % en moles, especialmente cuando el peso molecular promedio en peso del polímero es de 700.000 a 18.000.000 g/mol, o preferiblemente de 3.500.000 a 11.000.000 g/mol. Una ionicidad más alta, especialmente la cationicidad, podría causar una sobrecationización cuando el producto polimérico se usa en dosis más altas. Por lo tanto, la ionicidad relativamente baja de la poliacrilamida anfótera permite el uso de dosis de producto polimérico aumentadas para las suspensiones de fibras, incluso si la pulpa tiene valores de potencial zeta cercanos a cero. La ionicidad de la poliacrilamida anfótera se puede optimizar con vistas a evitar los problemas de potencial zeta en el material, es decir, el cambio del potencial zeta de la pulpa a valores positivos.

Según una realización preferida, la poliacrilamida anfótera es una poliacrilamida lineal. En otras palabras, la poliacrilamida anfótera no está ramificada y preferiblemente no está reticulada. En la polimerización, la cantidad de agente reticulante es menos del 0,002 % en moles, preferiblemente menos del 0,0005 % en moles, más preferiblemente menos del 0,0001 % en moles para proporcionar una poliacrilamida anfótera sustancialmente lineal. Según una realización, la polimerización está completamente libre de agente reticulante. Cuando la poliacrilamida anfótera comprende menos del 0,002 % en moles de agente reticulante, el polímero anfótero se disuelve más rápidamente y se reduce efectivamente la posibilidad de partículas de polímero insolubles después de la disolución. De esta forma toda la dosis de poliacrilamida anfótera es eficaz para la floculación, la retención y el drenaje. La presencia de partículas de polímero insolubles también puede reducir la calidad del papel o cartón producido. Además, cuando la poliacrilamida anfótera comprende menos del 0,002 % en moles de agente de reticulante, las cadenas de polímero pueden permanecer más extendidas, incluso cuando están en forma de anillo, y/o los grupos cargados pueden ser más accesibles para las interacciones, mejorando así la floculación y la retención.

Según una realización, las unidades catiónicas en la poliacrilamida anfótera se originan a partir de monómeros seleccionados de 2-(dimetilamino)etilo acrilato (ADAM), cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl), bencilcloruro de 2-(dimetilamino)etilo acrilato, dimetilsulfato de 2-(dimetilamino)etilo acrilato, 2-dimetilaminoetilo metacrilato (MADAM), cloruro de [2-(metacriloiloxi)etilo]trimetilamonio (MADAM-Cl), dimetilsulfato de 2-dimetilaminoetilo metacrilato, cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC) y cloruro de dialildimetil-amonio (DADMAC). Las aminas cuaternarias son los monómeros catiónicos preferidos porque su carga no depende del pH. Mas preferiblemente, el monómero catiónico es cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl).

Según una realización, las unidades aniónicas en la poliacrilamida anfótera se originan a partir de monómeros seleccionados de ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados o ácidos sulfónicos, preferiblemente a partir de ácidos monocarboxílicos insaturados o ácidos sulfónicos, tales como ácido (met)acrílico y/o ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico (AMPS). Cuando se hace referencia a la forma ácida, se pretende que cubra también otras formas, tales como las formas salinas de dichos ácidos mono- o dicarboxílicos insaturados y ácidos sulfónicos. Lo más preferiblemente, el monómero aniónico es ácido acrílico o ácido metacrílico o sales de los mismos.

La poliacrilamida anfótera del producto polimérico se puede obtener mediante polimerización en gel. Según una realización, este proceso de preparación puede usar una mezcla de reacción que comprende monómeros no iónicos, tales como la acrilamida, y los monómeros aniónicos y catiónicos cargados. Los monómeros en la mezcla de reacción se polimerizan en presencia de iniciador(es) usando la polimerización por radicales libres. La temperatura al comienzo de la polimerización puede ser menos de 40 °C, a veces menos de 30 °C. A veces, la temperatura al comienzo de la polimerización puede ser incluso menos de 5 °C. La polimerización por radicales libres de la mezcla de reacción produce la poliacrilamida anfótera, que se encuentra en forma de gel o líquido altamente viscoso. Después de la polimerización en gel, la poliacrilamida anfótera obtenida en forma de gel se desmenuza, tal como por trituración o troceado, y se seca, con lo que se obtiene un producto polimérico en forma de partículas. Dependiendo del aparato de reacción usado, la trituración o el troceado se puede realizar en el mismo aparato de reacción donde tiene lugar la polimerización. Por ejemplo, la polimerización se puede realizar en una primera zona de una mezcladora de tornillo, y la trituración del polímero obtenido se realiza en una segunda zona de dicha mezcladora de tornillo. También es posible que la trituración, el troceado u otro ajuste del tamaño de partícula se realice en un aparato de tratamiento, que está separado del aparato de reacción. Por ejemplo, el polímero hidrosoluble obtenido, es decir, soluble en agua, se puede transferir desde el segundo extremo de un aparato de reacción, que es una cinta transportadora, a través de un tamiz de agujeros giratorio o similar, donde se tritura o trocea en partículas pequeñas. Después de la trituración o del troceado, el polímero triturado se seca, se muele hasta el tamaño de partícula deseado para obtener un producto polimérico en forma de partículas y se envasa para su almacenamiento y/o transporte.

Según una realización de la invención, la poliacrilamida anfótera se obtiene mediante un proceso de polimerización en gel, donde el contenido de monómeros en la mezcla de reacción al comienzo de la polimerización es de al menos el 29 % en peso, preferiblemente al menos el 30 % en peso, más preferiblemente al menos el 32 % en peso.

Según una realización, el contenido de poliacrilamida anfótera en el producto polimérico es al menos el 25 % en peso, preferiblemente al menos el 60 % en peso. Un producto polimérico con un contenido de polímero más bajo, por ejemplo obtenido por polimerización en disolución, tiene la ventaja de una dilución o disolución más fácil a la concentración de uso. Un producto polimérico con un mayor contenido de polímero, por ejemplo un producto polimérico obtenido por polimerización en gel, o en emulsión, opcionalmente deshidratado, o producto polimérico en dispersión obtenido por polimerización en dispersión, opcionalmente deshidratado, es más rentable a la vista de la logística del producto. Un alto contenido de polímero tiene el beneficio adicional de una mejor estabilidad microbiana. Por ejemplo, cuando el contenido de polímero del producto polimérico es de al menos el 60 % en peso, lo cual es típico para un producto polimérico obtenido por polimerización en gel, se reduce la actividad microbiana y el producto polimérico es más estable incluso en climas cálidos y durante largos períodos de almacenamiento.

Según una realización preferible de la invención, el contenido de poliacrilamida anfótera en el producto polimérico está en el intervalo del 60 al 98 % en peso, preferiblemente del 70 al 98 % en peso, más preferiblemente del 75 al 95 % en peso, aún más preferiblemente del 80 al 95 % en peso, a veces aún más preferiblemente del 85 al 93 % en peso. Debido a que el contenido de poliacrilamida anfótera en el producto polimérico puede ser alto, la cantidad de poliacrilamida anfótera activa también es naturalmente alta. Esto tiene un impacto positivo en los costos de transporte y de almacenamiento del producto polimérico. El contenido de humedad del producto polimérico es normalmente del 5 al 12 % en peso.

Según una realización preferida, el producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera está en forma de partículas. En el contexto de la presente solicitud, el término "forma de partículas" indica partículas sólidas discretas o gránulos. Según una realización de la invención, el producto polimérico comprende partículas o gránulos de poliacrilamida anfótera, que tienen un tamaño de partícula promedio de <2,5 mm, preferiblemente <2,0 mm, más preferiblemente <1,5 mm. Estas partículas se obtienen sometiendo la poliacrilamida anfótera obtenida por polimerización en gel a trituración mecánica, tal como corte, molienda, trituración, troceado o similares.

Según una realización de la presente invención, el contenido de sólidos del producto polimérico en forma de partículas puede ser >80 % en peso, preferiblemente >85 % en peso, más preferiblemente en el intervalo del 80 al 97 % en peso, aún más preferiblemente del 85 al 95 % en peso. El alto contenido de sólidos es beneficioso en vista de las propiedades de almacenamiento y transporte del producto polimérico.

Cuando se usa, el producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera normalmente se disuelve en agua y/o se diluye, con lo que se obtiene una disolución acuosa de tratamiento. Tal como se usa en la presente invención, disolver en agua para obtener una disolución acuosa de tratamiento, pretende cubrir tanto la disolución como la dilución. El contenido de poliacrilamida anfótera de dicha disolución acuosa de tratamiento puede ser del 0,1 al 4 % en peso, preferiblemente del 0,3 al 3 % en peso, más preferiblemente del 0,5 al 2 % en peso. Según una realización, el producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera se disuelve en agua con un pH de 2,5 a 6,5, preferiblemente de 2,5 a 6, tal como de 2,5 a 5,5, más preferiblemente de 2,5 a 5 para obtener la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera. El pH adecuado se puede ajustar, por ejemplo añadiendo un ácido o una base. Usando este pH ligeramente ácido en la disolución polimérica, la poliacrilamida anfótera mantiene su funcionalidad completa. Además, usando este intervalo de pH, se pueden evitar o ralentizar algunos efectos no deseados sobre el agente de encolado interno hidrófobo, tal como su hidrólisis, especialmente cuando el agente de encolado interno hidrófobo se emulsiona y/o estabiliza con la poliacrilamida anfótera. A este respecto, el valor del pH de la emulsión de agente de encolado interno hidrófobo, especialmente de la emulsión ASA, está ventajosamente en el intervalo de 3 a 6, preferiblemente de 3 a 5, más preferiblemente de 3 a 4.

Según la presente invención, el agente de encolado interno hidrófobo se selecciona del grupo que consiste en anhídrido alquenilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD), agentes de encolado de colofonia y cualquier combinación de los mismos. En una realización preferida de la invención, un agente de encolado interno hidrófobo es el anhídrido alquenilsuccínico (ASA).

Un sistema de encolado interno según una realización de la presente invención comprende un producto polimérico soluble en agua y un agente de encolado interno hidrófobo en una proporción en peso de 1:15 a 1,5:1, preferiblemente de 1:10 a 1:2. No se espera que cantidades más altas del producto polimérico soluble en agua sean rentables y proporcionen un beneficio adicional sustancial en el encolado interno, y cantidades más bajas pueden ser inadecuadas para lograr las especificaciones de encolado deseadas.

Según la invención, el producto polimérico que comprende una poliacrilamida anfótera específica se usa para mejorar la retención del(de los) agente(s) de encolado interno hidrófobo(s). Un sistema de encolado interno según la presente invención comprende un agente de encolado interno hidrófobo como un primer componente y un producto polimérico que comprende una poliacrilamida anfótera específica como un segundo componente, en donde el primer componente y el segundo componente se proporcionan como componentes separados, o como una combinación del primer componente y del segundo componente. Según la invención, al menos un agente de encolado interno hidrófobo y el producto polimérico que comprende una poliacrilamida anfótera específica se añaden a la suspensión de fibras por separado o como una combinación de ellos. En el contexto de la presente solicitud, la combinación de los componentes se puede referir a una mezcla de los componentes, o a la adición simultánea de los componentes a una suspensión de fibras, o a una combinación en la que un primer componente se emulsiona y/o estabiliza con un segundo componente. A continuación se describen más detalladamente las realizaciones de la invención.

Un punto de adición, una forma de adición y las cantidades a añadir dependen, por ejemplo del agente de encolado interno hidrófobo, del papel o cartón a fabricar y de la suspensión de fibras.

En el presente contexto, las resinas de colofonia se refieren a varios tipos de agentes de encolado de colofonia, tales como la colofonia de tall oil y las colofonias de goma. Ejemplos de resinas de colofonia incluyen agentes de encolado de colofonia reforzados, tales como colofonias al menos parcialmente reaccionadas con anhídrido maleico y/o ácido fumárico, y agentes de encolado de colofonia catiónicos, tales como agentes de encolado de jabón de colofonia. Las resinas de colofonia normalmente están disponibles en una forma apta para el uso. Además, el AKD suele estar disponible en una dispersión apta para el uso. Por otro lado, el ASA tiene que ser emulsionado en el sitio debido a su alta reactividad mediante el uso de un equipo de emulsión separado y normalmente se usa directamente sin ningún almacenamiento intermedio.

Se puede formular un agente de encolado interno hidrófobo, es decir, emulsionado y/o estabilizado con almidón catiónico, y una poliacrilamida anfótera específica según la invención (un segundo componente del sistema de encolado interno) o cualquier combinación de ellos. Además, se pueden usar otros polímeros, tal como la poliamina.

Según una realización de la invención, un primer componente, es decir, un agente de encolado interno hidrófobo, se puede formular con almidón catiónico, es decir, un agente de encolado interno hidrófobo se puede emulsionar y/o estabilizar con almidón catiónico. El ASA normalmente se emulsiona y estabiliza con almidón catiónico en la fábrica de papel justo antes de la dosificación, en donde se usa un almidón catiónico como agente emulsionante. La emulsión de ASA obtenida se puede añadir a una suspensión de fibras. Las resinas de colofonia y el AKD generalmente se estabilizan con almidón catiónico, antes en la planta química, ya que se pueden almacenar y suministrar en forma estabilizada. Correspondientemente, las dispersiones o emulsiones de resina de colofonia y AKD obtenidas se pueden añadir a una suspensión de fibras. Un punto de dosificación puede depender del proceso de fabricación y del papel o cartón a fabricar.

Según una realización de la presente invención, la combinación del primer y segundo componente se ha formado emulsionando el primer componente, es decir, un agente de encolado interno hidrófobo, con la disolución acuosa de tratamiento del segundo componente. Todo el almidón catiónico o al menos parte de un almidón catiónico se puede reemplazar con la disolución de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera. Según una realización de la invención, la cantidad de poliacrilamida anfótera puede ser del 5 al 40 % en peso, preferiblemente del 15 al 20 % en peso del agente de encolado interno hidrófobo, calculado en seco. Cuando una parte del almidón catiónico se reemplaza por la disolución de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera, entonces una dosis de poliacrilamida anfótera puede ser, por ejemplo del 3 al 20 % en peso del agente de encolado interno hidrófobo, calculado en seco. Si el almidón se reemplaza con la poliacrilamida anfótera, la formulación es menos vulnerable a la degeneración microbiana y también termina menos almidón en las aguas circulantes del sistema de fabricación de papel. También en esta realización, el ASA se emulsiona y estabiliza en la fábrica de papel justo antes de la dosificación, mientras que las resinas de colofonia y el AKD se pueden formular antes en la fábrica química. La emulsión o dispersión obtenida se puede añadir a una suspensión de fibras.

En una realización preferida de la invención, el sistema de encolado interno es una combinación del anhídrido alquenilsuccínico (ASA) y un producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera específica, combinación que se ha formado emulsionando el ASA con la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera. En esta realización, el ASA se emulsiona con la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera en lugar de un almidón catiónico o al menos parte del almidón catiónico se reemplaza con la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera como se describe anteriormente. En ese caso, tanto el ASA como la poliacrilamida anfótera están presentes en la emulsión del ASA a añadir a la suspensión de fibras. En esta realización, no se requiere la adición separada de la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera, pero es posible añadir por separado un agente de encolado interno hidrófobo, tal como el ASA formulado con la poliacrilamida anfótera y la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera a una suspensión de fibras.

La viscosidad del almidón catiónico o de la disolución acuosa de tratamiento del segundo componente que se puede usar para la formulación, es decir, el agente de encolado emulsionante y/o estabilizante, es como máximo de 250 mPas, preferiblemente como máximo de 200 mPas y más preferiblemente en el intervalo de 100 a 200 mPas. Según una realización de la invención, la viscosidad adecuada se puede lograr cuando el contenido de poliacrilamida anfótera en dicha disolución de tratamiento está en el intervalo del 0,7 al 1,0 % en peso.

Según una realización preferida de la invención, el ASA se emulsiona con almidón catiónico y la emulsión de ASA obtenida se combina con una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera antes de añadirlo a la suspensión de fibras o se añaden por separado a la suspensión de fibras.

Cuando el ASA se emulsiona en almidón catiónico, el almidón catiónico y el ASA pueden estar presentes en una relación de peso de 1:1 a 2:1 (seco/seco).

En otra realización según la presente invención para fabricar un papel de cartón, se añaden por separado a una suspensión de fibras una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera y un agente de encolado interno hidrófobo. Se pueden añadir secuencialmente o simultáneamente pero por separado. En un método típico, se añaden a la suspensión de fibras en diferentes puntos del proceso de fabricación.

La disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se puede añadir a la pulpa sin refinar como producto químico del extremo húmedo o se puede añadir a una pulpa refinada. En la presente invención se entiende por pulpa sin refinar una fibra o pulpa fibrosa, que tiene una consistencia más de 20 g/l, preferiblemente más de 25 g/l, más preferiblemente más de 30 g/l. Según una realización, la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se añade a una suspensión de fibras con una consistencia de más de 20 g/l. Según una realización, la adición de la disolución de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se ubica después de las torres de almacenamiento de la pulpa, pero antes de que la pulpa sin refinar se diluya en el pozo de aguas coladas procedentes de la tela (almacenamiento fuera de la máquina) con las aguas blancas procedentes del circuito de pulpa corta. Preferiblemente, la disolución de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se añade a la suspensión de fibras antes de un depósito de la máquina, más preferiblemente antes del depósito de mezcla, de una máquina de papel o cartón. En una realización de la invención, al menos parte de la poliacrilamida anfótera se añade a la suspensión de fibras con una consistencia más de 20 g/l.

La disolución de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera también se puede añadir a una pulpa refinada, es decir, después del punto de dilución de la pulpa sin refinar, de forma similar a los polímeros de retención convencionales. La disolución de tratamiento se puede añadir a una pulpa refinada en cualquier punto antes de una caja de entrada de la máquina de papel o cartón. En una realización, al menos parte de la poliacrilamida anfótera se añade a la suspensión de fibras cerca de una caja de entrada, antes o después de un tamiz (a presión) de la máquina de papel o cartón. La cantidad de poliacrilamida anfótera que se va a añadir puede ser notablemente menor cuando se añade cerca de una caja de entrada en comparación con una adición en la pulpa sin refinar.

En una realización, se añade secuencialmente una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera, de modo que al menos parte de la disolución de tratamiento se añade a la suspensión de fibras con una consistencia de más de 20 g/l y la última parte se añade a una pulpa refinada.

Según la invención, también se puede añadir un agente de encolado interno hidrófobo a una pulpa refinada o a una pulpa sin refinar en cualquier punto adecuado.

En una realización de la invención, tanto un agente de encolado interno hidrófobo como una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se pueden añadir a una suspensión de fibras antes de la dilución de la suspensión de fibras. Se cree que esta realización logra un rendimiento de encolado mejorado adicionalmente debido a las interacciones mejoradas entre las fibras y el agente de encolado interno hidrófobo y a consistencia más alta de la poliacrilamida anfótera. En otra realización de la invención, se puede añadir una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera a la pulpa sin refinar justo antes de la dilución y, a partir de este punto añadir un agente de encolado interno hidrófobo a la pulpa sin refinar o a la pulpa refinada.

En una realización preferida, una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera y un agente de encolado interno hidrófobo se añaden por separado uno cerca del otro, es decir, a breves intervalos. Se cree que esta realización consigue un rendimiento de encolado mejorado adicionalmente debido a la interacción mejorada entre los componentes añadidos muy cerca ente ellos.

En una realización según la invención, al menos parte de la disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico soluble en agua se añade a una fracción de la suspensión de fibras que comprende una suspensión de desechos de pulpa después de una torre de desechos de pulpa y antes de un espesador para la suspensión de desechos de pulpa, y la suspensión de desechos de pulpa espesada se combina con otras fracciones de suspensión de fibras. Cuando la fracción de deshechos de pulpa que se va a añadir a la suspensión de fibras se trata con una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera antes de un espesador de deshechos de pulpa, una suspensión de deshechos de pulpa espesada puede comprender más finos con los que se puede asociar un agente de encolado interno hidrófobo añadido a continuación. Esto puede mejorar aún más un efecto de encolado interno. En consecuencia, también se puede reducir la turbidez y/o el contenido de hidrófobos y/o el contenido de restos aniónicos en el filtrado del espesador, mejorando así la calidad general de las aguas circulantes en todo el proceso de fabricación de papel. Además, el efecto de encolado interno se puede mejorar aún más añadiendo también una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera después del tanque de deshechos de pulpa y/o a una pulpa refinada, en donde la retención de finos es más eficiente y puede comprender más agente de encolado interno asociado.

Se ha observado que en una realización, donde se añade primero un agente de encolado interno hidrófobo a una suspensión de fibras y luego una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera, el rendimiento del encolado, por ejemplo el valor Cobb⁶⁰ del producto de papel o cartón puede mejorar significativamente. Se cree que en esta realización, una parte del agente de encolado interno hidrófobo se retiene en las fibras, y la parte no retenida interactúa con los finos y las cargas que la poliacrilamida anfótera retiene luego sobre las fibras. En otra realización, se puede dosificar un agente de encolado interno hidrófobo a la pulpa sin refinar justo antes de la dilución, y se puede dosificar una disolución acuosa de tratamiento de poliacrilamida anfótera a la pulpa refinada antes del tamizado a presión. Se ha observado que el rendimiento del encolado, por ejemplo el valor Cobb⁶⁰ del producto de papel o cartón también se puede mejorar mediante esta secuencia. En otra realización preferida adicional, se añaden un agente de encolado interno hidrófobo y al menos parte de una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera a una suspensión de fibras con una consistencia de más de 20 g/l, y al menos parte de la disolución acuosa de tratamiento se añade a la suspensión acuosa de fibras después de la dilución a una pulpa refinada. Se cree que esta realización logra un rendimiento de encolado mejorado adicionalmente, por ejemplo un menor valor Cobb⁶⁰ del producto de papel o cartón, ya que la(s) primera(s) parte(s) de la poliacrilamida anfótera puede(n) ayudar a retener y fijar a las fibras la mayor parte del agente de encolado interno hidrófobo, mientras que la(s) parte(s) posterior(es) de la poliacrilamida anfótera puede(n) ayudar a retener y fijar a las fibras cualquier agente de encolado interno hidrófobo restante, ya sea presente como agente libre, o unido, por ejemplo a los finos y cargas presentes en la suspensión de fibras.

En algunas realizaciones, un papel o cartón que comprende el sistema de encolado interno o fabricado según la presente invención puede tener al menos un 5 %, preferiblemente al menos un 8 %, más preferiblemente al menos el 10 % menos de un valor Cobb⁶⁰ en comparación con un papel o cartón similar que no comprende el segundo componente del sistema de encolado interno. En algunas realizaciones, un papel o cartón con un valor Cobb⁶⁰ predeterminado y que comprende el sistema de encolado interno o fabricado según la presente invención, puede comprender al menos el 5 %, preferiblemente al menos el 10 %, más preferiblemente al menos el 15 % menos del primer componente del sistema de encolado interno, en comparación con un papel o cartón similar que por lo demás tenga el mismo valor Cobb⁶⁰ predeterminado pero no comprende el segundo componente del sistema de encolado interno. Como se usa en la presente invención, por valores Cobb⁶⁰ se entiende los valores medios medidos según la norma ISO 535, T441, usando por ejemplo el Probador de Encolado de L&W Cobb.

En una realización adicional de la invención, una emulsión o dispersión del agente de encolado interno hidrófobo se combina con una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera antes de la adición a la suspensión de fibras. Se cree que esto logra un rendimiento de encolado mejorado adicional debido a una mejor interacción entre el agente de encolado interno y la poliacrilamida anfótera que ayuda a su retención y fijación a las fibras. La combinación se puede llevar a cabo simplemente mezclando disoluciones o corrientes separadas de una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera y un agente de encolado interno hidrófobo. En una realización, se formula un agente de encolado interno hidrófobo con un almidón catiónico y la emulsión obtenida se combina con una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera antes de la adición a la suspensión de fibras. El punto de dosificación típico de la combinación de la poliacrilamida anfótera y del agente de encolado hidrófobo puede depender del proceso de fabricación y del papel o cartón a fabricar.

La cantidad a añadir del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera puede depender del agente de encolado interno hidrófobo que se use en combinación con él. Una cantidad de dosificación del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera está normalmente en el intervalo de 0,1 a 1,5 kg (seco)/tonelada de papel o cartón, o preferiblemente de 0,2 a 1 kg (seco)/tonelada de papel o cartón. En una realización según la invención, en la que al menos parte del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se añade a una fracción de la suspensión de fibras que comprende deshechos de pulpa antes de combinar la fracción de deshechos de pulpa con otras fracciones de la suspensión de fibras, una cantidad de dosificación del producto polimérico a añadir a la fracción de deshechos de pulpa puede ser de 0,05 a 0,3 kg (seco)/tonelada de papel o cartón. Además, el producto polimérico también se puede añadir aproximadamente de 0,1 a 0,2 kg (seco)/tonelada de papel o cartón a una suspensión de deshechos de pulpa espesada antes de combinarla con otras fracciones de suspensión de fibras.

Típicamente, diferentes agentes de encolado interno requieren diferentes cantidades de dosis. La cantidad de ASA a añadir puede estar en el intervalo de 0,2 a 5 kg (seco)/tonelada de papel o cartón, preferiblemente de 0,7 a 3 kg (seco)/tonelada de papel o cartón. La cantidad de AKD a añadir puede estar en el intervalo de 0,2 a 4 kg (seco)/tonelada de papel o cartón, preferiblemente de 0,7 a 2 kg (seco)/tonelada de papel o cartón. La cantidad de resina de colofonia a añadir puede estar en el intervalo de 0,5 a 10 kg (seco)/tonelada de papel o cartón, preferiblemente de 1,5 a 3 kg (seco)/tonelada de papel o cartón.

Una suspensión de fibras puede ser cualquier tipo de suspensión de fibras. En el presente contexto, y como se usa anteriormente, el término "suspensión de fibras" se entiende como una suspensión acuosa, que comprende fibras, preferiblemente fibras recicladas y, opcionalmente, cargas. El producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera es especialmente adecuado para la fabricación de calidades de papel y/o cartón con un contenido de cenizas antes del revestimiento, si las hay, de >10 %, preferiblemente >15 %, más preferiblemente >20 %. Para las mediciones del contenido de cenizas se usa la norma ISO 1762, a una temperatura de 525 °C. Por ejemplo, la suspensión de fibras puede comprender al menos el 5 %, preferiblemente del 10 a 30 %, más preferiblemente del 11 al 19 % de carga mineral. La cantidad de carga mineral se calcula secando la suspensión de fibras y el contenido de cenizas se mide usando la norma ISO 1762, a una temperatura de 525 °C. La carga mineral puede ser cualquier carga usada convencionalmente en la fabricación de papel y cartón, tal como carbonato de calcio molido, carbonato de calcio precipitado, arcilla, talco, yeso, dióxido de titanio, silicato sintético, trihidrato de aluminio, sulfato de bario, óxido de magnesio o cualquiera de sus combinaciones.

Un sistema de encolado interno de la invención funciona en un amplio intervalo de pH de la suspensión de fibras. Un pH de la suspensión de fibras puede ser, por ejemplo de 4 a 10, pero típicamente el pH está en el intervalo de 5 a 8. Si bien el intervalo de pH óptimo para cada agente de encolado interno hidrófobo puede ser más estrecho, se cree que debido a la retención y fijación mejoradas proporcionadas por la poliacrilamida anfótera especificada, se pueden aplicar los intervalos de pH de uso para cada agente de encolado.

En una realización de la invención, la suspensión de fibras puede comprender material de fibras recicladas. Según una realización, la suspensión de fibras comprende al menos el 50 % en peso, preferiblemente al menos el 60 % en peso, más preferiblemente al menos el 70 % en peso, de material de fibras recicladas, basado en papel o cartón seco.

En algunas realizaciones, la suspensión de fibras puede comprender incluso >80 % en peso, o 100 % en peso, de fibras que se originan a partir de materiales de fibras recicladas.

Según una realización, la suspensión de fibras tiene una conductividad de al menos 1,5 mS/cm, preferiblemente de al menos 2,0 mS/cm, más preferiblemente de al menos 3,0 mS/cm, medida en la caja de entrada de la máquina de papel o cartón. La conductividad elevada es típica para la suspensión de fibras que comprende fibras recicladas y/o procesos cerrados de fabricación de papel. El producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se puede usar incluso con una conductividad elevada, sin una disminución significativa de la eficacia en la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos. Un sistema de encolado interno según la presente invención también funciona en un amplio intervalo de carga aniónica de la suspensión de fibras, incluso cerca de cero donde los aditivos catiónicos típicos pueden causar sobrecationización y formación de espuma. El intervalo de rendimiento típico puede ser de -0,1 a -1,5 meq/L de la suspensión de fibras, pero el sistema de encolado interno según la presente invención funciona bien incluso con una suspensión de fibras con una carga aniónica de -15 meq/L, tal como en la pulpa semiquímica al sulfito neutro. La carga aniónica de la suspensión de fibras se puede medir con el detector de carga de partículas Mütek.

Según una realización de la invención, la suspensión de fibras comprende fibras obtenidas por proceso(s) de pulpeo kraft y/o mecánico. En una realización preferida, una suspensión de fibras puede ser pulpa kraft o mecánica sin blanquear. En estas suspensiones de fibras, se ha observado un rendimiento particularmente bueno del sistema de encolado interno según la presente invención en comparación con los sistemas de encolado convencionales, lo que se puede deber a la alta carga inherente del material coloidal y a las sustancias que interfieren en estas suspensiones de fibras que el presente sistema de encolado es capaz de controlar. Un sistema de encolado interno según la invención funciona incluso en una suspensión de fibras CTMP (por sus siglas en inglés), o kraft sin blanquear y/o mecánicas al 100 % en peso. Según una realización de la invención, una suspensión de fibras puede comprender material de fibras kraft y recicladas en una relación en peso de 50:50.

Según una realización, se usa un sistema de encolado interno para mejorar la retención de los agentes de encolado interno hidrófobos en la fabricación de papel o cartón. El cartón se puede seleccionar entre cartón para revestimiento, cartón para corrugar, revestimiento para paneles de yeso, papel pintado, cartón de núcleo, cartoncillo para cajas plegables (FBB, por sus siglas en inglés), cartoncillo blanco (WLC, por sus siglas en inglés), cartulina gráfica (SBS, por sus siglas en inglés), cartulina estucada blanca (SUS, por sus siglas en inglés) o cartón de embalaje para líquidos (LPB), tal como material para vasos. Los cartones pueden ser en base a 100 % de fibras primarias, 100 % de fibras recicladas, o de cualquier mezcla posible entre las fibras primarias y las fibras recicladas. Un sistema de encolado interno según la invención también es adecuado para su uso en la fabricación de calidades de papel fino; papel fino estucado y no estucado.

Un sistema de encolado interno y un método según la invención también son adecuados para la producción de cartones multicapa. Por producción de cartones multicapa se entiende la producción de cartones que comprenden al menos dos capas de fibras. Dicho cartón multicapa se puede fabricar suministrando una suspensión acuosa de fibras a una caja de entrada multicapa, drenando la suspensión acuosa de fibras sobre un tamiz de alambre para formar una lámina húmeda de papel o cartón, y presionando y secando la lámina húmeda para obtener una lámina multicapa de cartón. Alternativamente, el cartón multicapa se puede fabricar proporcionando la(s) suspensión(es) acuosa(s) de fibras a al menos dos cajas de entrada, drenando la(s) suspensión(es) acuosa(s) de fibras sobre al menos dos tamices de alambre para formar láminas húmedas de papel o cartón, interponiendo las láminas húmedas de fibras, y prensado y secado de la lámina húmeda interpuesta para obtener una lámina multicapa de cartón. En los productos multicapa, se añade típicamente un sistema de encolado interno según la invención que comprende la poliacrilamida anfótera y el agente de encolado interno hidrófobo a la misma suspensión de fibras que forma una o más de las capas del producto de cartón multicapa. La una o más capas pueden ser una capa intermedia o cualquiera de las capas superficiales del producto. Según una realización de la invención, la poliacrilamida anfótera y el agente de encolado interno hidrófobo se añaden a todas las capas.

Experimental

Algunas realizaciones de la invención se describen en los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplo de polímero: descripción general de la preparación del producto polimérico

Preparación de la disolución de monómero para la poliacrilamida anfótera.

La disolución de monómero se prepara mezclando 248,3 g de disolución de acrilamida al 50 %, 0,01 g de disolución de sal de sodio de DTPA al 40 %, 2,9 g de gluconato de sodio, 4,4 g de dipropilenglicol, 1,9 g de ácido adípico y 7,2 g de ácido cítrico en un reactor de vidrio de laboratorio de temperatura controlada a 20-25°C. La mezcla se agita hasta que se disuelven las sustancias sólidas. A la disolución se añaden 32,6 g de ADAM-Cl al 80 %. El pH de la disolución se ajusta a 3,0 con ácido cítrico y se añaden 2,8 g de ácido acrílico a la disolución. El pH se ajusta a 2,5-3,0.

Preparación del producto polimérico seco.

Después de preparar la disolución del monómero según la descripción anterior, la disolución del monómero se purga con flujo de nitrógeno para eliminar el oxígeno. Se añade un iniciador a la disolución del monómero. La disolución de iniciador son 4 ml de disolución de 2-hidroxi-2-metilpropiofenona al 6 % en polietilenglicol-agua (1:1 en peso). La disolución del monómero se coloca en una bandeja para formar una capa de aproximadamente 1 cm bajo luz ultravioleta. La luz ultravioleta se encuentra principalmente en el intervalo de 350 a 400 nm, por ejemplo, se pueden usar tubos de luz tipo Philips Actinic BL TL 40W. La intensidad de la luz se aumenta a medida que avanza la polimerización para completar la polimerización. Durante los primeros 10 minutos la intensidad de la luz es de 550 pW/cm2, y después de 30 minutos es de 2.000 pW/cm2. El gel obtenido se hace pasar por una extrusora y se seca hasta un contenido de humedad de menos del 10 % a una temperatura de 60°C. El polímero seco se muele y se tamiza hasta un tamaño de partícula de 0,5 a 1,0 mm.

La viscosidad intrínseca del producto polimérico se determinó mediante un viscosímetro capilar Ubbelohde en NaCl 1 M a 25 °C. El producto polimérico se disolvió en NaCl 1 M y se preparó una serie de diluciones a concentraciones adecuadas que oscilaban entre 0,01 y 0,5 g/dl para las determinaciones de la viscosidad. El pH de la disolución polimérica para la determinación de la viscosidad capilar se ajustó a 2,7 con ácido fórmico para evitar el impacto de la probable formación de complejos de poliiones por la viscosidad. Los pesos moleculares se calcularon usando los parámetros "K" y "a" de la poliacrilamida. El valor del parámetro "K" es 0,0191 ml/g y el valor del parámetro "a" es 0,71. La viscosidad intrínseca determinada fue de 9,9 dl/g y el peso molecular calculado fue de 400.000 g/mol.

El producto polimérico obtenido que comprende la poliacrilamida anfótera que contiene el 7 % en moles de ADAM-Cl, el 2 % en moles de ácido acrílico y el 91 % en moles de acrilamida se usa en los siguientes Ejemplos de Aplicación.

Ejemplo de Aplicación 1

La retención del ASA en la máquina de cartón para envasado de líquidos se investiga en el laboratorio. Una disolución acuosa de tratamiento del producto polimérico que comprende la poliacrilamida anfótera se combina con una emulsión de ASA-almidón (el almidón usado en la presente invención es almidón catiónico) antes de introducirla en una suspensión de fibras. Como referencia, la emulsión de ASA-almidón se usa sin la adición conjunta de polímero sintético alguno y con la adición conjunta de un coagulante inorgánico catiónico convencional tipo poli(cloruro de aluminio) (PAC) y de un polímero glioxilado catiónico (GPAM, por sus siglas en inglés). El GPAM usado tiene una densidad de carga de aproximadamente 1,8 meq/g (seco).

Método de laboratorio:

La pulpa química blanqueada se toma de una caja de una máquina de cartón de dos capas de la capa superior y se diluye al 1% en peso con agua filtrada clara para obtener una muestra de pulpa. La cantidad de la muestra de pulpa es de 300 ml. Se toman 9 ml de emulsión de ASA-almidón con una jeringa de 20 ml. Se añaden a la jeringa disoluciones de polímero con un contenido seco al 0,1% en peso (nivel de dosificación 330 g/t en seco) y se mezclan en la jeringa. Se añade una mezcla de emulsión de ASA-almidón y polímero a una muestra de suspensión de fibras de 300 ml. Después de la adición química, la muestra de fibras se mezcla durante 60 s con un mezclador de laboratorio a 700 rpm. Después de mezclar, la muestra se filtra al vacío con un filtro Buchner (diámetro ~15 cm) provisto de un alambre de polímero de 400 μm. El filtrado de la muestra (20 μl) se diluye con agua destilada (980 μl) y se añade un colorante fluorescente (20 μl). La medición de citometría de flujo se lleva a cabo para los filtrados de la muestra diluidos usando el dispositivo SL Blue suministrado por Partec GmbH. También se mide una muestra de emulsión de ASA-almidón sin suspensión de fibras, para identificar la ubicación de la población de ASA-partículas en los datos de medición. La cantidad de partículas hidrófobas totales y de ASA-partículas se mide y calcula a partir de las muestras del filtrado diluido. Los resultados se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1. La cantidad de hidrófobos totales no retenidos y ASA-partículas en los filtrados de la muestra.

Ejemplo de Aplicación 2

En este ejemplo, se hace funcionar una máquina Fourdrinier de 2 capas que produce un papel de revestimiento con una adición de ASA de 2,5 kg/t de papel a la pulpa sin refinar de la capa base a la caja de la máquina, comprendiendo la pulpa una mezcla de pulpa kraft sin blanquear y OCC (por sus siglas en inglés) en una proporción de peso de 50:50. A continuación, se añade la poliacrilamida anfótera como se especifica en las reivindicaciones a la pulpa sin refinar de la capa base, a la salida de la caja de la máquina, en cantidades de 0,3 a 0,6 kg/t de papel, mientras se continúa con la misma dosificación de ASA. Como resultado, se mejora el valor Cobb⁶⁰ de 29 a 22 g/m² tal como se muestra en la Tabla 2.

Sustancias químicas en la pulpa sin refinar de la capa base y punto de dosificación:

• Encolado ASA 2,5 kg/t, caja de la máquina

• Almidón catiónico 5 kg/t, caja de la máquina

• Alumbre 3 kg/t, caja de la máquina

• CPAM tipo grado de retención y sílice, antes y después del tamiz

Las condiciones en el extremo húmedo en la capa base son pH 7, conductividad 2.500 gS/cm, carga aniónica -350 gekv/l y potencial zeta -10 mV.

Tabla 2. Mejora del valor Cobb⁶⁰ con diferentes dosis de la poliacrilamida anfótera especificada

Ejemplo de Aplicación 3

En este ejemplo, una máquina Fourdrinier de 2 capas que produce papel kraft para caras a partir de fibras kraft sin blanquear al 100 % se hace funcionar con la adición de ASA a una pulpa sin refinar que proporciona al papel un valor Cobb⁶⁰ objetivo. A continuación, se empieza a añadir la poliacrilamida anfótera como se especifica en las reivindicaciones a la pulpa sin refinar. El valor Cobb⁶⁰ del papel se monitorea y se reduce la dosis de ASA para mantener el valor Cobb⁶⁰ objetivo. El valor Cobb⁶⁰ objetivo es constante con una dosis de ASA del 25 al 30 % más baja, en comparación con la situación de no usar la poliacrilamida anfótera.

Ejemplo de Aplicación 4

En este ejemplo, el cartoncillo para cajas plegables se produce usando CTMP y deshechos de pulpa en la capa intermedia. Se añade ASA al cartón para corrugado de capa intermedia, pH 7, proporcionando al cartón un valor Cobb⁶⁰ objetivo. A continuación, se añaden de 200 a 400 g/t de poliacrilamida anfótera como se especifica en las reivindicaciones a la pulpa refinada antes del tamiz a presión. Se monitorea el valor Cobb⁶⁰ del cartón y se reduce la dosis de ASA para mantener el valor Cobb⁶⁰ objetivo. El valor Cobb⁶⁰ objetivo es estable con una dosis de ASA un 12 % más baja, en comparación con la situación de no usar la poliacrilamida anfótera. Al mismo tiempo, se observan menos depósitos en la maquinaria, lo que mejora la capacidad de funcionamiento.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de encolado interno para la fabricación de papel o cartón, que comprende

- un agente de encolado interno hidrófobo como un primer componente seleccionado del grupo que consiste en anhídrido alquenilsuccínico (ASA), dímero de alquilceteno (AKD), agentes de encolado de colofonia y cualquier combinación de los mismos, y

- un producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera como un segundo componente, poliacrilamida anfótera que tiene una carga neta neutra o catiónica a pH 7, un peso molecular promedio en peso de 3.500.000 a 18.000.000 g/mol y una ionicidad total del 5 al 20 % en moles y poliacrilamida anfótera que contiene menos del 0,002 % en moles de agente reticulante.

2. El sistema de encolado interno según la reivindicación 1, en donde el producto polimérico soluble en agua que comprende la poliacrilamida anfótera se disuelve en agua para obtener una disolución acuosa de tratamiento, que tiene un valor de pH de 2,5 a 6,5, preferiblemente de 2,5 a 6, más preferiblemente de 2,5 a 5.

3. El sistema de encolado interno según la reivindicación 1 o 2, en donde el primer componente se formula con un almidón catiónico, el segundo componente o cualquier combinación de ellos.

4. El sistema de encolado interno según la reivindicación 2, en donde la combinación del primer y del segundo componente se forma emulsionando el primer componente con la disolución acuosa de tratamiento del segundo componente.

5. El sistema de encolado interno según las reivindicaciones 3 o 4, en donde la viscosidad del almidón catiónico o la disolución acuosa de tratamiento del segundo componente es como máximo de 250 mPas, preferiblemente como máximo de 200 mPas y más preferiblemente en el intervalo de 100 a 200 mPas.

6. El sistema de encolado interno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la poliacrilamida anfótera tiene un peso molecular promedio en peso en el intervalo de 3.500.000 a 11.000.000 g/mol.

7. El sistema de encolado interno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la ionicidad total de la poliacrilamida anfótera está en el intervalo del 6 al 15 % en moles, preferiblemente del 6 al 12 % en moles.

8. El sistema de encolado interno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la poliacrilamida anfótera en el producto polimérico comprende del 3 al 25 % en moles, preferiblemente del 3 al 20 % en moles, más preferiblemente del 4 al 12 % en moles de unidades estructurales derivadas de monómeros catiónicos, y del 0,5 al 6 % en moles, preferiblemente del 1 al 5 % en moles, más preferiblemente del 1 al 3 % en moles de unidades estructurales derivadas de monómeros aniónicos.

9. El sistema de encolado interno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la poliacrilamida anfótera es una poliacrilamida lineal.

10. El sistema de encolado interno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde

- las unidades catiónicas de la poliacrilamida anfótera proceden de monómeros seleccionados entre acrilato de 2-(dimetilamino)etilacrilato (ADAM), cloruro de [2-(acriloiloxi)etil]trimetilamonio (ADAM-Cl), bencilocloruro de 2-(dimetilamino)etilacrilato, dimetilaminoetilo 2-dimetilsulfato acrilato, metacrilato de 2-dimetilaminoetilo (MADAM), cloruro de [2-(metacriloiloxi)etilo] trimetilamonio (MADAM-Cl), dimetilsulfato de metacrilato de 2-dimetilaminoetilo, cloruro de [3-(acriloilamino)propil]trimetilamonio (APTAC), cloruro de [3-(metacriloilamino)propil]trimetilamonio (MAPTAC) y cloruro de dialildimetil-amonio (DADMAC), y

- las unidades aniónicas de la poliacrilamida anfótera proceden de monómeros seleccionados entre ácidos monocarboxílicos o dicarboxílicos o sulfónicos insaturados, preferiblemente de ácidos monocarboxílicos o sulfónicos insaturados, tales como ácido (met)acrílico y/o ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico (AMPS).

11. El sistema de encolado interno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema comprende un producto polimérico soluble en agua y un agente de encolado interno hidrófobo en una proporción en peso de 1:15 a 1,5:1, preferiblemente de 1:10 a 1:2.

12. Un método para fabricar papel o cartón, donde se forma una lámina de fibras a partir de una suspensión acuosa de fibras, comprendiendo el método:

- proporcionar una suspensión acuosa de fibra;

- opcionalmente diluir la suspensión acuosa de fibras;

- suministrar la suspensión acuosa de fibras a una caja de entrada, drenar la suspensión acuosa de fibras sobre un tamiz de alambre para formar una lámina húmeda de papel o cartón, y

- prensar y secar la lámina húmeda para obtener una lámina de papel o cartón;

en donde el sistema de encolado interno según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 11 se añade al menos a una fracción de la suspensión de fibras.

13. El método según la reivindicación 12, en donde el primer componente y la disolución acuosa de tratamiento del segundo componente del sistema de encolado interno se añaden por separado a la suspensión de fibras, o el primer componente y la disolución acuosa de tratamiento del segundo componente del encolado interno se combinan antes de la adición a la suspensión de fibras.

14. El método según la reivindicación 12 o 13, en donde al menos parte de la disolución acuosa de tratamiento del segundo componente se añade

- a una fracción de la suspensión de fibras que comprende una suspensión deshechos de pulpa después de una torre de deshechos de pulpa y antes de un espesador de deshechos de pulpa, y los deshechos de pulpa espesados se combinan con otras fracciones de suspensión de fibras, y/o

- a la suspensión de fibras con una consistencia de más de 20 g/l, y/o

- a la suspensión de fibras cerca de una caja de entrada delante de un tamiz de la máquina de papel o de cartón.

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 12 - 14, en donde la suspensión acuosa de fibras se suministra a una caja de entrada multicapa o al menos a dos cajas de entrada, en donde se obtiene una lámina de cartón multicapa, en donde una o más capas del cartón multicapa comprende el sistema de encolado interno.