ES2953597T3 - Método para aumentar las propiedades de resistencia de un producto de papel o cartón - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para aumentar las propiedades de resistencia, preferiblemente resistencia al estallido y resistencia SCT, de un producto de papel o cartón. El producto de papel o cartón se fabrica a partir de una banda fibrosa producida por una caja de entrada multicapa, donde se forma una capa acuosa entre al menos una primera y una segunda capa de fibras formadas a partir de suspensiones de material fibroso, y donde se alimenta agua para la capa acuosa. comprende al menos un polímero catiónico. La invención comprende la adición de un aditivo aniónico, que se selecciona de un grupo que comprende polímeros orgánicos sintéticos aniónicos, polisacáridos aniónicos y cualquiera de sus combinaciones al agua de alimentación antes de la formación de la capa acuosa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para aumentar las propiedades de resistencia de un producto de papel o cartón

La presente invención se refiere a un método para aumentar las propiedades de resistencia, preferiblemente la resistencia al estallido y la resistencia SCT, de un producto de papel o cartón según los preámbulos de las reivindicaciones independientes adjuntas.

Las cajas de entrada multicapa en máquinas papeleras o cartoneras son conocidas en la técnica de fabricación de papel y cartón. Las cajas de entrada multicapa se utilizan para producir bandas estratificadas mediante el uso de una sola caja de entrada y una unidad de formación, típicamente con aplicaciones de formación de huecos, en donde la banda se puede drenar inmediatamente por ambas caras. La producción de estructuras de papel o cartón estratificadas con una caja de entrada permite la optimización de las materias primas utilizadas en cada capa. Las cajas de entrada multicapa también proporcionan beneficios económicos, ya que se necesitan menos unidades de formación. Sin embargo, las cajas de entrada multicapa tienen demandas adicionales, por ejemplo, en la formación de láminas estructuradas.

Es conocido alimentar una fina capa de agua en forma de una película uniforme entre capas adyacentes de material de fibra formadas por la caja de entrada multicapa. Esta denominada tecnología de estratificación aqua utiliza la fina capa de agua como una cuña de caja de entrada para estabilizar las capas de material de fibra, y la fina capa de agua creada evita que se mezclen las capas de material de fibra adyacentes. También se sabe que se pueden alimentar aditivos funcionales al agua de alimentación que forma la capa de agua. Por ejemplo, el documento EP 2784214 describe una caja de entrada multicapa para una máquina papelera o cartonera, que es capaz de formar una capa acuosa entre dos capas de material adyacentes. El suministro de agua de alimentación de la caja de entrada comprende, además, un dispositivo de alimentación y dosificación para alimentar y dosificar un aditivo que es un polímero catiónico en el agua de alimentación. Sin embargo, para muchas aplicaciones se puede desear o necesitar una mayor mejora de la resistencia. El documento WO 2014/029917 describe un método para fabricar un producto de papel de impresión mediante una técnica multicapa. En la suspensión acuosa que comprende fibras de celulosa y aditivo de resistencia, la celulosa nanofibrilar y el aditivo de resistencia se alimentan en una capa intermedia para formar un papel de impresión multicapa. El documento WO 2015/036930 describe un cartón multicapa que comprende pasta papelera de fibras celulósicas, en donde el 100 % del contenido total de fibras son fibras de madera dura.

El documento WO 2012/039668 describe un producto de papel o cartón que comprende una suspensión acuosa de fibras de celulosa con un polímero catiónico en una cantidad superior al 1,5 % en peso, un polímero aniónico y celulosa microfibrilada.

Un objeto de esta invención es minimizar o incluso eliminar las desventajas existentes en la técnica anterior.

Un objeto también es proporcionar un método que permita la producción de papel o cartón con propiedades de resistencia incrementadas, especialmente resistencia SCT (siglas inglesas de prueba de compresión de tramo corto) y resistencia al estallido.

Un objeto adicional de esta invención es proporcionar un método con el que se mejora la retención del polímero catiónico en la banda formada.

Estos objetos se logran con la invención que tiene las características que se presentan más adelante en la parte caracterizante de la reivindicación independiente. Algunas realizaciones preferibles se describen en las reivindicaciones dependientes.

Las realizaciones mencionadas en este texto se refieren, en su caso, a todos los aspectos de la invención, incluso si esto no siempre se menciona por separado.

En un método típico de acuerdo con la presente invención para aumentar las propiedades de resistencia, preferiblemente la resistencia al estallido y la resistencia SCT, de un producto de papel o cartón, fabricado a partir de una banda fibrosa producida mediante una caja de entrada multicapa, en donde se forma una capa acuosa entre al menos una primera y una segunda capa de fibras formadas a partir de material fibroso, y en donde el agua de alimentación para la capa acuosa comprende al menos un polímero catiónico, el método comprende, además, la adición de un aditivo aniónico, que se selecciona de polímeros orgánicos sintéticos aniónicos, polisacáridos aniónicos, tales como almidón aniónico, o cualquiera de sus combinaciones, al agua de alimentación antes de la formación de la capa acuosa.

Un uso típico del método de acuerdo con la invención es para aumentar las propiedades de resistencia, preferiblemente la resistencia al estallido y la resistencia SCT, de un producto de papel o cartón producido mediante una caja de entrada multicapa.

Ahora se ha descubierto, sorprendentemente, que la adición de un aditivo aniónico, ya sea un polímero orgánico sintético aniónico o un polisacárido aniónico tal como almidón aniónico o su combinación al agua de alimentación, que forma la capa acuosa entre las capas fibrosas en una caja de entrada multicapa utilizando la denominada técnica de estratificación de agua, aumenta significativamente las propiedades de resistencia del papel o cartón final. Se supone, sin estar ligado a teoría alguna, que el aditivo aniónico forma algún tipo de complejo polielectrolítico con el polímero catiónico presente en el agua de alimentación. Este complejo formado es retenido eficientemente por las capas de material adyacentes durante la deshidratación de la banda. El aditivo aniónico, preferiblemente polímero sintético aniónico, aumenta la viscosidad del agua de alimentación a medida que el aditivo aniónico interactúa con el polímero catiónico, y esto aumenta la resistencia al drenaje y la resistencia al cizallamiento del sistema. De esta manera se minimiza la pérdida del polímero catiónico a las aguas circulantes y se logra una mayor resistencia para el producto formado. En la práctica, esto permite la producción de productos de papel y cartón con un gramaje más ligero, que siguen cumpliendo las especificaciones de resistencia. Esto proporciona también ahorros en materia prima utilizada y energía, y reduce la huella de carbono de los productos producidos.

La presente invención se refiere a la producción de una banda fibrosa mediante una caja de entrada multicapa, en que se forma una capa acuosa de agua de alimentación entre al menos una primera capa de material y una segunda capa de material formada a partir de material fibroso, que comprende fibras celulósicas. Las capas de material y la capa acuosa del agua de alimentación se forman simultáneamente mediante el uso de una única caja de entrada multicapa. La capa de agua de alimentación se deshidrata a través de las capas de material durante la formación de la banda. Después de que se forma la banda, se seca y se procesa de forma convencional en la técnica de fabricación de papel o cartón.

En el presente contexto, las expresiones "capa de material", "capa de material fibroso", "capa de fibras" y "capa fibrosa" se utilizan de forma indistinta y sinónima. Todas estas expresiones abarcan diversas suspensiones acuosas de fibras lignocelulósicas que se utilizan para formar bandas o capas, que forman una capa del producto final de papel o cartón multicapa. La consistencia del material fibroso en la caja de entrada es habitualmente de 3-20 g/l.

De acuerdo con una realización preferible de la invención, el agua de alimentación comprende, además, material de fibra celulósica seleccionado de fibras celulósicas sin refinar, fibras celulósicas refinadas y/o fibrillas de celulosa microfibriladas. Las fibras celulósicas refinadas pueden tener un nivel de refinado de al menos 30 °SR, preferiblemente al menos 50 °SR, más preferiblemente al menos 70 °SR. En el contexto de la presente solicitud, la abreviatura "SR" indica el valor de Schopper-Riegler, que se obtiene de acuerdo con un proceso descrito en la Norma ISO 5267-1:1999. En el contexto de la presente solicitud, la expresión "celulosa microfibrilada" es sinónimo de la expresión "celulosa nanofibrilada" y puede incluir fragmentos de fibras, finos fibrilares, fibrillas, microfibrillas y nanofibrillas. En general, la celulosa microfibrilada se entiende aquí como estructuras de fibrillas celulósicas semicristalinas liberadas que tienen una alta relación de longitud a anchura o como haces liberados de fibrillas de celulosa de tamaño nanométrico. La celulosa microfibrilada tiene un diámetro de 2 - 60 nm, preferiblemente 4 - 50 nm, más preferiblemente 5 - 40 nm, y una longitud de varios micrómetros, preferiblemente menos de 500 gm, más preferiblemente 2 - 200 gm, aún más preferiblemente 10 - 100 gm, lo más preferiblemente 10 - 60 gm. La celulosa microfibrilada comprende a menudo haces de 10 - 50 microfibrillas. La celulosa microfibrilada puede tener un alto grado de cristalinidad y un alto grado de polimerización, por ejemplo, el grado de polimerización DP, es decir, el número de unidades monoméricas en un polímero, puede ser 100 -3000.

A menudo, el agua de alimentación comprende agua blanca procedente del drenaje de la banda formada, lo que significa que hay cantidades variables de material celulósico, tales como fibras, fragmentos de fibra y/o fibrillas presentes en el agua de alimentación. Sin embargo, es posible agregar material celulósico, como se describe anteriormente, especialmente fibras celulósicas refinadas y/o celulosa microfibrilada al agua de alimentación con el fin de potenciar la retención de productos químicos agregados, especialmente polímero catiónico. El material de fibras celulósicas funciona como un soporte para el polímero catiónico y puede aumentar el tamaño de los complejos de polielectrolitos formados.

El agua de alimentación puede comprender ≤ 30 % en peso, preferiblemente 1 - 15 % en peso, más preferiblemente 2 -15 % en peso, incluso más preferiblemente 5 - 10 % de material de fibras celulósicas. Cuando el material de fibras celulósicas es celulosa microfibrilada o celulosa nanofibrilada, la cantidad de material de fibras puede ser menor, preferiblemente 1 - 5 % en peso. Los porcentajes se calculan a partir del producto de papel o cartón producido. La cantidad de material de fibras celulósicas permite la adición de polímero catiónico en una cantidad que proporciona un aumento eficaz de la resistencia, pero que no reduce ni destruye las propiedades de drenaje de la banda formada.

En algunas realizaciones, el agua de alimentación está prácticamente libre de material de fibras celulósicas, especialmente de fibras celulósicas sin refinar y/o fibras celulósicas refinadas. La cantidad de material de fibras celulósicas en el agua de alimentación puede ser ≤ 15 % en peso, preferentemente 0 - 10 % en peso, más preferentemente 0,1 - 9 % en peso, incluso más preferentemente 3-8 % en peso, calculado a partir del producto de papel o cartón producido.

Si cualquier material de fibras celulósicas está presente en el agua de alimentación, la consistencia del agua de alimentación es, sin embargo, menor que la consistencia de la suspensión de fibras que forma la primera y la segunda capa de fibra. De acuerdo con una realización preferida de la invención, la consistencia del agua de alimentación es inferior a 10 g/l, preferiblemente inferior a 8 g/l, más preferiblemente inferior a 6 g/l

El agua de alimentación se usa para formar una capa acuosa entre al menos una primera y una segunda capa de material de fibras formado a partir de material fibroso. De acuerdo con una realización de la invención, la consistencia de la capa acuosa situada entre la primera y la segunda capa de material fibroso puede ser como máximo el 80 %, preferiblemente como máximo el 60 % de la consistencia de la primera y/o segunda capa de material fibroso adyacente. De acuerdo con una realización, la consistencia de la capa acuosa es del 10 - 80 %, más preferiblemente del 30- 60 %, de la consistencia de la primera y/o la segunda capa de material fibroso adyacente. En el caso de que la primera y la segunda capa de material adyacentes tengan consistencias diferentes, el valor adecuado para la consistencia de la capa acuosa se determina sobre la base de la capa de material que tiene la consistencia más baja.

Todos los valores de consistencia en esta solicitud se determinan de acuerdo con el patrón SCAN-M1 :64, utilizando papel de filtro de cinta blanca/sin cenizas Whatman 589/2 o equivalente en el embudo Büchner.

El agua de alimentación puede comprender, además del material de fibras celulósicas, partículas minerales inorgánicas que se originan a partir de materia prima de fibras recicladas o rota, así como otras sustancias de agua del alambre comúnmente presentes. El contenido de cenizas en el agua de alimentación puede ser, por ejemplo, del 5 % en peso o superior. Típicamente, el contenido de cenizas de la alimentación puede ser del 5 - 50 % en peso, más preferiblemente del 10 - 30 % en peso. Se utiliza la Norma ISO 1762, temperatura 525 °C para las mediciones del contenido de cenizas.

El pH del agua de alimentación puede estar alrededor de 5, pero típicamente el pH del agua de alimentación es > 5, preferiblemente > 6 o > 7. A valores de pH más altos, por ejemplo pH > 6 o > 7, los grupos cargados de aditivo aniónico, tales como los grupos carboxilo de la poliacrilamida aniónica, se disocian en mayor grado. Esto significa que hay más sitios con carga aniónica disponibles para la interacción con el almidón catiónico, y se puede obtener una mayor mejora de la resistencia.

La densidad de carga del aditivo aniónico puede estar en el intervalo de -0,05 - -5 meq/g de polímero seco, preferiblemente -0,1 - -4 meq/g de polímero seco, más preferiblemente -0,5 - -4 meq/g de polímero seco, a pH 7. Esto proporciona una buena interacción con el almidón catiónico.

El aditivo aniónico puede tener un peso molecular promedio en peso > 100000 g/mol, preferiblemente > 250000 g/mol.

De acuerdo con una realización preferible de la presente invención, el aditivo aniónico es o comprende un polímero orgánico sintético aniónico, que se selecciona de copolímeros de (met)acrilamida y monómeros aniónicos, es decir, el aditivo es o comprende poliacrilamida aniónica. Los monómeros aniónicos pueden seleccionarse preferentemente entre ácidos monocarboxílicos o dicarboxílicos insaturados, tales como ácido acrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido aconítico, ácido mesacónico, ácido citracónico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido angélico, ácido tíglico, cualquier sal de los mismos y cualquiera de sus mezclas. El copolímero de acrilamida puede tener una anionicidad en el intervalo de 2 - 70 % en moles, preferiblemente 2 - 50 % en moles, más preferiblemente 5 - 35 % en moles, incluso más preferiblemente 5 - 11 % en moles. La anionicidad del copolímero se refiere a la cantidad de unidades estructurales en el copolímero que se originan a partir de monómeros aniónicos. Se ha observado que esta anionicidad, y especialmente los intervalos de anionicidad más bajos, proporciona una excelente interacción con el polímero catiónico así como la adsorción a las capas de material.

El copolímero aniónico de acrilamida se puede obtener, por ejemplo, mediante polimerización en solución o polimerización en emulsión. También puede ser poliacrilamida aniónica parcialmente hidrolizada o copolímero aniónico de acrilamida glioxalado.

El copolímero aniónico de acrilamida puede tener un peso molecular promedio en peso MW ≤ 5 000 000 g/mol, preferiblemente ≤ 2 500 000 g/mol, más preferiblemente ≤ 1500 000 g/mol. De acuerdo con una realización, el peso molecular promedio en peso del copolímero de acrilamida está en el intervalo de 100 000 - 5 000 000 g/mol, preferiblemente 250000 - 2500000 g/mol, más preferiblemente 300000 - 1500000 g/mol. Se ha encontrado que son preferibles los copolímeros de acrilamida con un peso molecular pequeño, ya que pueden dosificarse al flujo de alimentación en cantidades mayores sin riesgo de formación de flóculos cuando el polímero entra en contacto con el polímero catiónico y el material de fibras celulósicas. Como se puede aumentar la cantidad de dosificación, el resultado es una mejora adicional en las propiedades de resistencia obtenidas.

De acuerdo con otra realización, el copolímero de acrilamida puede tener un peso molecular promedio en peso PM > 5 000 000 g/mol, a veces > 7 500 000 g/mol, a veces incluso > 15 000 000 g/mol. En caso de que el copolímero de acrilamida tenga un peso molecular promedio en peso > 5000 000 Da, se usa típicamente con un agente auxiliar, tal como alumbre o poli(cloruro de aluminio). En este caso, el almidón catiónico y la poliacrilamida aniónica se combinan y luego se agrega un agente auxiliar.

De acuerdo con otra realización de la invención, el aditivo aniónico comprende polisacárido aniónico. En el presente contexto, los polisacáridos se entienden como polímeros naturales formados a partir de moléculas poliméricas de hidratos de carbono, que comprenden cadenas largas de unidades de monosacárido como unidades repetitivas unidas entre sí por enlaces covalentes. Los polisacáridos se pueden extraer de diversas fuentes botánicas microorganismos, etc. Las cadenas de polisacáridos contienen múltiples grupos hidroxilo, capaces de formar enlaces hidrógeno. El polisacárido aniónico contiene grupos aniónicos en la estructura del polisacárido. Grupos aniónicos de este tipo pueden estar presentes de forma natural en la estructura del polisacárido o pueden haber sido introducidos mediante una modificación química adecuada de la estructura del polisacárido. Pueden proporcionarse grupos aniónicos, p. ej., mediante la incorporación a la estructura del polisacárido de grupos carboxilo, sulfato, sulfonato, fosfonato o fosfato, incluidas sus formas de sal, o combinaciones de los mismos. Grupos aniónicos pueden introducirse en la estructura del polisacárido mediante una modificación química adecuada que incluye carboximetilación, oxidación, sulfatación, sulfonación y fosforilación.

Los polisacáridos aniónicos, que son adecuados para su uso como aditivos aniónicos, pueden comprender celulosas derivatizadas aniónicamente, almidones derivatizados aniónicamente o cualquier combinación de los mismos, incluidas celulosas y almidones modificados, tales como hidroxietilcelulosa, hidroxietil almidón, etilhidroxietil celulosa, etilhidroxietil almidón, hidroxipropil celulosa, hidroxipropil almidón, hidroxipropil hidroxietil celulosa, hidroxipropil hidroxietil almidón, metil celulosa, metil almidón y similares.

De acuerdo con una realización preferible de la invención, el aditivo aniónico comprende polisacárido aniónico, que puede seleccionarse de un grupo que consiste en celulosa carboximetilada aniónica, almidón aniónico o cualquier combinación de los mismos.

De acuerdo con una realización preferible, el aditivo aniónico comprende celulosa carboximetilada, incluso más preferiblemente celulosa carboximetilada. El aditivo aniónico puede comprender, por ejemplo, carboximetilcelulosa purificada o carboximetilcelulosa de calidad técnica. La celulosa carboximetilada se puede fabricar mediante cualquier procedimiento conocido en la técnica. La celulosa carboximetilada, preferiblemente carboximetil celulosa, puede tener un grado de sustitución de carboximetilo > 0,2, preferiblemente en el intervalo de 0,3 - 1,2, más preferiblemente 0,4 - 1,0. En una realización preferible, la celulosa carboximetilada puede tener un grado de sustitución de carboximetilo en el intervalo de 0,5 - 0,9, lo que proporciona una solubilidad en agua esencialmente completa para la carboximetil celulosa.

De acuerdo con una realización de la invención, el aditivo aniónico comprende polisacárido aniónico, que comprende celulosa carboximetilada, preferiblemente carboximetil celulosa, que puede tener un valor de densidad de carga por debajo de -1,1 meq/g de polímero seco, preferiblemente en el intervalo de -1,6 - -4,7 meq /g de polímero seco, más preferiblemente -1,8 - -4,1 meq/g de polímero seco, incluso más preferiblemente -2,5 - -4,0 meq/g de polímero seco, cuando se mide a pH 7. Todos los valores de densidad de carga medidos se calculan por peso en seco.

De acuerdo con una realización de la invención, el aditivo aniónico comprende celulosa carboximetilada, preferiblemente carboximetil celulosa, que puede tener una viscosidad en el intervalo de 30 - 30000 mPas, preferiblemente 100 - 20000 mPas, más preferiblemente 200 - 15000 mPas, medida de solución acuosa al 2 % en peso a 25 °C. Los valores de viscosidad se miden utilizando Brookfield LV DV1, equipado con un pequeño adaptador de muestra, a 25 °C. El husillo se selecciona según el manual del equipo Brookfield y se prueba con la máxima velocidad de rotación (rpm) permitida.

De acuerdo con otra realización de la invención, el aditivo aniónico es o comprende almidón aniónico. El almidón aniónico puede tener un grado de sustitución aniónica de 0,005 - 0,1, preferiblemente de 0,008 - 0,05. El grado de sustitución aniónica describe el número de grupos hidroxilo que han sido sustituidos por unidad de anhidroglucosa en el almidón. Los sustituyentes aniónicos pueden introducirse en la molécula de almidón por cualquier método conocido, por ejemplo, por modificación química, tal como fosfonación, fosforilación, sulfatación, esterificación, eterificación, oxidación y/o injerto de funcionalidades aniónicas en la estructura de la molécula de almidón. El almidón aniónico puede comprender, por ejemplo, fosfonato de almidón, fosfato de almidón, almidón carboxialquilado, sulfato de almidón, almidón sulfoalquilado, almidón sulfocarboxialquilado, sulfonato de almidón y/o almidón oxidado.

El almidón aniónico puede tener una densidad de carga de -0,03 - -0,5 meq/g de almidón seco, preferiblemente -0,05 - -0,3 meq/g de almidón seco.

De acuerdo con una realización preferible, el aditivo aniónico que comprende almidón aniónico puede tener un peso molecular promedio en peso > 1000000 g/mol, preferiblemente 10000000 g/mol, más preferiblemente > 1000000000 g/mol. El almidón aniónico se utiliza en forma disuelta. La disolución del almidón aniónico se puede realizar, p. ej., cocinando el almidón a una temperatura de 70 - 150 °C, preferiblemente a 115 - 150 °C, p. ej., en aparatos de cocina a chorro.

El aditivo aniónico también puede ser una combinación de polímero orgánico sintético aniónico y polisacárido aniónico tal como almidón aniónico o celulosa carboximetilada. El polímero sintético aniónico puede haberse polimerizado en presencia de polisacárido aniónico, tal como almidón aniónico, o el aditivo aniónico puede ser una mezcla de polímero orgánico sintético aniónico y polisacárido aniónico, tal como almidón aniónico o celulosa carboximetilada.

El aditivo aniónico también puede contener grupos catiónicos, siempre que la carga neta del aditivo sea aniónica. Por ejemplo, el aditivo aniónico puede ser un copolímero aniónico de acrilamida, que tiene carga neta aniónica pero tiene algunos grupos catiónicos presentes en su estructura. Alternativamente, el aditivo aniónico puede ser una mezcla de polímero orgánico sintético aniónico y/o polisacárido aniónico tal como almidón aniónico, y un componente catiónico tal como almidón catiónico, siempre que la carga neta de la mezcla, es decir, el aditivo aniónico, sea aniónico

El aditivo aniónico, es decir, el polímero orgánico sintético aniónico o el polisacárido aniónico tal como almidón aniónico o su combinación, puede agregarse en una cantidad que mantenga la suma de las cargas añadidas del o de los polímeros catiónicos, el aditivo aniónico y el material de fibra celulósica, añadido al agua de alimentación, catiónico neto. Cuando la suma de las cargas de los componentes añadidos al agua de alimentación es catiónica neta, se potencia la retención del polímero catiónico que induce la resistencia, tal como almidón catiónico, en las capas de material.

El aditivo aniónico se agrega al agua de alimentación antes de que salga de la caja de entrada. El aditivo aniónico, preferentemente polímero orgánico sintético aniónico, se añade preferentemente al agua de alimentación por separado del polímero catiónico. El aditivo aniónico se puede añadir antes o después de la adición del polímero catiónico, preferiblemente después de la adición del polímero catiónico, es decir, al agua de alimentación que ya contiene un polímero catiónico. Se ha observado que la interacción entre el aditivo aniónico y el polímero catiónico es eficaz cuando el aditivo aniónico se añade después del polímero catiónico.

El polímero catiónico que se añade al agua de alimentación puede ser o comprender almidón catiónico o un polímero catiónico de resistencia sintética. El polímero catiónico de resistencia sintético puede ser, por ejemplo, polímero catiónico glioxalado (GPAM), homopolímero o copolímero de cloruro de dialildimetilamonio (DADMAC), poliacrilamida catiónica, poliamina, poliamidoamina, poliamidoamina epiclorhidrina, polivinilamina, polietilenimina o cualquier combinación de los mismos. Cuando el polímero catiónico es un polímero catiónico de resistencia sintético, se puede añadir al agua de alimentación en una cantidad de 0,5 - 3,5 kg/tonelada de fibras de alimentación, preferiblemente 1 - 3 kg/tonelada de fibras de alimentación.

De acuerdo con una realización preferible de la presente invención, el polímero catiónico es o comprende almidón catiónico, que se puede agregar en una cantidad de 3 - 20 kg/tonelada de fibras de alimentación, preferiblemente de 6 -14 kg/tonelada de fibras de alimentación, más preferiblemente de 9 - 13 kg/tonelada de fibras de alimentación. Estas cantidades de almidón proporcionan propiedades de resistencia mejoradas y aumentadas al papel o cartón final, en comparación con las técnicas conocidas de formación de capas aqua sin adición de polímero sintético aniónico. Como resultado, es posible producir papel o cartón con mayor resistencia al estallido o SCT al tiempo que se utiliza la misma cantidad de almidón catiónico.

El almidón catiónico puede ser cualquier almidón húmedo usado convencionalmente para aumentar la resistencia del papel o cartón. El almidón catiónico se cuece antes de su uso. El almidón catiónico se añade preferentemente únicamente al agua de alimentación, es decir, las capas de material están libres de almidón catiónico añadido.

Es posible añadir uno o más agentes auxiliares al agua de alimentación. Ejemplos de agentes auxiliares adecuados son alumbre y micropartículas aniónicas, especialmente micropartículas de sílice aniónica o micropartículas de bentonita. Con la adición de agentes auxiliares es posible modificar la interacción entre el aditivo aniónico y el polímero catiónico y/o el material de fibra celulósica.

De acuerdo con una realización de la invención, la primera y/o la segunda capa de material comprenden, además de fibras celulósicas, micropartículas aniónicas y polímero(s) sintético(s) catiónico(s), p. ej., floculante sintético catiónico. Las micropartículas aniónicas pueden ser micropartículas de sílice aniónicas o micropartículas de bentonita y el polímero sintético catiónico puede ser un floculante catiónico de poliacrilamida con un alto peso molecular. Las micropartículas aniónicas y el o los polímeros sintéticos catiónicos en la primera y/o segunda capa de material forman una ayuda de retención eficaz que potencia la captura del complejo formado en la capa de agua de alimentación a partir del polímero orgánico aniónico sintético, polímero catiónico y material de fibras celulósicas opcional, cuando la capa de agua de alimentación se drena a través de las capas de material.

La invención aquí descrita es especialmente adecuada para procedimientos de fabricación de papel o cartón utilizando fibras recicladas. De acuerdo con una realización, el material de fibras utilizado para formar la primera y/o la segunda capa de material puede comprender fibras celulósicas recicladas que se originan a partir de cartón corrugado viejo (OCC, por sus siglas en inglés) y/o material de fibra reciclado. El OCC puede comprender fibras pasta papelera kraft recicladas sin blanquear o blanqueadas, fibras de pasta de papel semiquímica de madera dura, fibras de pasta de papel de hierba o cualquier mezcla de las mismas. De acuerdo con una realización de la invención, el material de fibras comprende al menos el 20 % en peso, preferiblemente al menos el 50 % en peso, de fibras que se originan a partir de OCC o material de fibras reciclado. En algunas realizaciones, el material de fibras puede comprender incluso > 70 % en peso, a veces incluso > 80 % en peso, de fibras que se originan a partir de OCC o material de fibras reciclado.

La adición de aditivos aniónicos mejora las propiedades de resistencia del papel o cartón final, especialmente la resistencia SCT y la resistencia al estallido. Estas son propiedades de resistencia importantes para el papel y el cartón, especialmente para las calidades que se utilizan para el envasado. La resistencia a la prueba de compresión de tramo corto (SCT) se puede utilizar para predecir la resistencia a la compresión del producto final, p. ej., caja de cartón. La resistencia al estallido indica la resistencia del papel/cartón a la ruptura y se define como la presión hidrostática necesaria para reventar una muestra cuando la presión se aplica uniformemente a lo largo del costado de la muestra Tanto la resistencia a la compresión como la resistencia al estallido normalmente se ven afectadas negativamente cuando aumenta la cantidad de fibras recicladas en el material original. El aditivo aniónico puede mejorar la resistencia de la unión interna como lo indican los valores de resistencia a la tracción en dirección Z o Scott Bond. Esto es beneficioso para los tableros de múltiples capas, como el tablero de virutas forrado de blanco o el tablero central.

Además, los problemas de baja resistencia de enlace interna pueden resolverse en la fabricación de calidades de Testliner de alto peso base. En muchas calidades de cartón, se necesita una fuerza de enlace interna lo suficientemente alta para convertir y/o imprimir. En la fabricación de Testliner, las propiedades de resistencia se potencian convencionalmente mediante el tratamiento del almidón en la prensa de encolado. Sin embargo, el almidón de la prensa de encolado no puede penetrar en toda la estructura si el peso base de la hoja es alto tal como >130 g/m2. Por lo tanto, en los procedimientos convencionales existe el riesgo de que la fuerza de enlace interna siga siendo débil en el medio de la hoja en la dirección Z. El sistema de resistencia según la presente invención se puede añadir entre las diversas capas, lo que resuelve el problema.

De acuerdo con una realización preferible, el producto de papel o cartón, que se produce con la ayuda de la presente invención, es un papel de diferentes resistencias al estallido, papel acanalado, soporte kraft, soporte superior blanco, soporte superior de prueba blanco, tablero de virutas con forro blanco, cartón plegable, cartón prensado y compacto, cartón para envasado de líquidos, cartón base, cartón sólido blanqueado, papel de pared, cartón de yeso o cartón yeso, cartón de soporte o cartón para vasos. Todos estos productos de papel o cartón se benefician claramente de la mejora combinada de la resistencia SCT y la resistencia al estallido. Preferiblemente, el gramaje del producto de papel o cartón producido está en el intervalo de 70 a 350 g/m2.

PARTE EXPERIMENTAL

Una realización de la invención se describe con más detalle en el siguiente ejemplo no limitativo.

Ejemplo 1

El comportamiento técnico del aditivo aniónico en una capa de agua de una caja de entrada multicapa junto con almidón catiónico se testó con una máquina papelera piloto y utilizando papel reciclado. Las características de los dispositivos de prueba de papel y los métodos que se emplearon se dan en la Tabla 1. Los productos químicos usados en el Ejemplo 1 se describen en la Tabla 2.

La suspensión acuosa utilizada en la prueba piloto de la máquina papelera comprendía fibras recicladas refinadas en la capa superior y fibras recicladas sin refinar en la capa posterior y fibras recicladas refinadas en la capa de agua.

Tabla 1. Dispositivos de ensayo de papel y Normas utilizados en el Ejemplo 1.

Tabla 2. Productos químicos utilizados en el Ejemplo 1

En la prueba piloto de la máquina papelera, se agregaron productos químicos en los siguientes puntos de dosificación: fibras recicladas refinadas a la capa de agua antes de l b b d li t ió l idó l d t d la bomba de alimentación justo después de la adición de fibras recicladas refinadas, APAM a la capa de agua después de la bomba de alimentación, retención CPAM a la capa superior y trasera antes de selección y sílice coloidal a la capa superior y trasera después de la selección.

Antes de analizar las muestras de papel, las hojas se preacondicionaron durante 24 h a 23 °C con una humedad relativa del 50 %, de acuerdo con la Norma ISO 187.

Los puntos de prueba y los resultados de resistencia indexados se presentan en la Tabla 3. Los resultados mostraron que APAM dosificado junto con almidón catiónico y fibras en una capa de agua mejoró claramente las propiedades de resistencia del cartón reciclado. Especialmente, se encontró que APAM es capaz de proporcionar un máximo local tanto para la resistencia SCT como para la resistencia a la tracción con una resistencia al estallido mejorada. La SCT y la resistencia al estallido son las principales especificaciones de resistencia para el cartón reciclado.

Tabla 3. Puntos de ensayo y resultados de resistencia indexados. Dosis como seco. Todos los puntos incluyen CPAM 300 g/t y sílice coloidal 450 g/t en la capa superior y trasera.

Ejemplo 2

El comportamiento técnico del aditivo aniónico en una capa acuosa de una caja de entrada multicapa junto con almidón catiónico se testó con un formador de hojas manual dinámico. La suspensión acuosa de prueba era fibra reciclada fabricada a partir de láminas de cartón Testliner europeas.

Se hizo material de fibras de prueba para simular fibra reciclada. Como materia prima se usó cartón Testliner de Europa Central, que tiene un contenido de cenizas de aproximadamente el 15 % y que comprende aproximadamente un 5 % de almidón de apresto superficial. El agua de dilución se preparó a partir de agua del grifo, en que la concentración de Ca2+ se ajustó a 520 mg/l con CaCl², y la conductividad a 4 mS/cm con NaCl. El cartón Testliner se cortó en cuadrados de 2 x 2 cm. Se calentaron 2,7 l de agua de dilución a 70 °C. Los cuadrados de testliner se humedecieron durante 10 minutos en agua de dilución a una concentración del 2 % antes de la desintegración en un desintegrador Britt jar con 30 000 rotaciones.

La pasta papelera desintegrada se diluyó hasta una consistencia del 0,8 % para la primera y la segunda capas de fibras añadiendo agua de dilución.

Una parte de la pasta papelera desintegrada, que estaba destinada a ser utilizada en la capa de agua, se refinó adicionalmente en Valley Hollander a una consistencia de 1,75 % hasta alcanzar el grado de refinado SR 60. La capa de agua se obtuvo mediante la dilución de las fibras refinadas hasta una consistencia del 0,4 % utilizando agua de dilución. Las determinaciones de consistencia se realizaron de acuerdo con el patrón SCAN-M1:64 utilizando papel de filtro de cinta blanca sin cenizas Whatman 589/2 en el embudo Büchner.

Los productos químicos utilizados en el Ejemplo 2 y su preparación se describen en la Tabla 4.

Tabla 4 Productos químicos de ensayo para el Ejemplo 2 y su preparación.

Techpap agregó material de fibras de ensayo a la formadora manual dinámica de hojas Formette. Se hicieron adiciones de productos químicos al tanque de mezcla de Formette de acuerdo con la Tabla 5. Todas las cantidades de productos químicos se dan como kg de producto químico seco por tonelada de material de fibra seca. El tambor se hizo funcionar a 1000 rpm, el mezclador para pasta papelera a 400 rpm, la bomba de pasta papelera a 1100 rpm/min, todas las pastas papeleras se pulverizaron.

Primero se formó una primera capa de fibras de 47 g/m2 (capa posterior). Luego se formó una capa de agua con 6 g/m2 de pasta papelera refinada reciclada (SR 60), y finalmente se formó la segunda capa de fibras de 47 g/m2 (capa superior). Todo el agua se drenó al final. El tiempo de recogida fue de 60 s. La hoja se retiró del tambor entre el alambre y 1 papel secante en la otra cara de la hoja. Se retiraron el papel secante húmedo y el alambre. Las hojas se prensaron en húmedo en una prensa de rodillos Techpap con una presión de 4,5 bares con 2 pasadas que tenían papel secante nuevo en cada cara de la hoja antes de cada pasada. Las hojas se cortaron en rectángulos de 15 x 20 cm. Las hojas se secaron en condiciones restringidas en secadores restringidos STFI durante 10 min a 130° C.

Tabla 5 Adiciones químicas en el Ejemplo 2.

Antes del ensayo en el laboratorio, las hojas se preacondicionaron durante 24 h a 23 °C con una humedad relativa del 50 %, de acuerdo con la Norma ISO 187. El peso base se midió de acuerdo con la Norma ISO 536 y el volumen de acuerdo con la Norma ISO 534. La tracción en dirección Z (ZDT) se midió de acuerdo con la Norma ISO 15754. La resistencia a la compresión de tramo corto (SCT) se midió en la dirección transversal (CD) de acuerdo con la Norma ISO 9895. La resistencia al estallido (Burst) se midió de acuerdo con Tappi T 569. La SCT y el estallido se indexaron dividiendo el valor de la resistencia por peso base de la hoja.

Los resultados del ensayo se presentan en la Tabla 6. El Ensayo 1 es un ejemplo comparativo sin agentes de resistencia, y el Ensayo 2 es un ejemplo comparativo con almidón catiónico pero sin aditivo aniónico. El Ensayo 3 con APAM como aditivo aniónico muestra una mejora en los valores de la tracción en la dirección Z, en explosión y en SCT. Los Ensayos 4 - 7 con CMC como aditivo aniónico indican una mejora en los valores de explosión y SCT. La tracción en la dirección Z depende del volumen. Para cartones multicapa, es importante mejorar la relación entre la resistencia en la dirección Z y el volumen. La relación mejoró en los Ensayos 3 - 7 en comparación con los Ensayos comparativos 1 - 2. El Ensayo 5 mejoró el volumen cuando la tracción en la dirección Z fue constante en comparación con el Ensayo 1.

Tabla 6 Resultados del Ensayo para el Ejemplo 2.

Ejemplo 3

El comportamiento técnico del aditivo aniónico en una capa de agua de una caja de entrada multicapa junto con almidón catiónico se testó con un formador de hojas manual dinámico. Se usó como materia prima para la suspensión acuosa cartón Testliner de Europa Central, con un contenido de cenizas de aproximadamente el 17 % y que comprendía aproximadamente un 5 % de almidón de apresto superficial.

El aditivo aniónico era almidón A aniónico, véase la Tabla 4. El ejemplo 3 se llevó a cabo con un proceso similar al del Ejemplo 2, pero la conductividad se ajustó a 3 mS/cm. Los resultados de las adiciones químicas, la ceniza laminar y la resistencia SCT (CD) se presentan en la Tabla 7. Se ve que ek ensayo 9 y el ensayo 10, que están de acuerdo con la invención, dieron como resultado una buena resistencia SCT y una mejor retención de cenizas en la hoja.

Incluso si la invención se describió con referencia a lo que en la actualidad parecen ser las realizaciones más prácticas y preferidas, se aprecia que la invención no se limitará a las realizaciones descritas anteriormente, sino que pretende cubrir también diferentes modificaciones y equivalentes soluciones técnicas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Tabla 7. Las adiciones químicas y los resultados del Ejemplo 3.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Método para aumentar las propiedades de resistencia, preferiblemente la resistencia al estallido y la resistencia SCT, de un producto de papel o cartón, fabricado a partir de una banda fibrosa producida por una caja de entrada multicapa, en que se forma una capa acuosa entre al menos una primera y una segunda capa de fibras formada a partir de suspensión(es) de material fibroso, y en que el agua de alimentación para la capa acuosa comprende ≤ 15 % en peso de material de fibras celulósicas, calculado a partir del producto de papel o cartón producido, y al menos un polímero catiónico, caracterizado por que el método comprende la adición de un aditivo aniónico, que se selecciona de un grupo que comprende polímeros orgánicos sintéticos aniónicos, seleccionados de copolímeros de acrilamida y monómeros aniónicos y carboximetilcelulosa, al agua de alimentación antes de la formación de la capa acuosa.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el agua de alimentación comprende material de fibras celulósicas seleccionado de fibras celulósicas sin refinar, fibras celulósicas refinadas, fibrillas de celulosa microfibriladas y/o fibrillas de nanocelulosa.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el agua de alimentación comprende 1 - 15 % en peso, preferiblemente 5 - 10 % en peso, de material de fibras celulósicas, basado en el producto de papel o cartón producido.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1,2 o 3, caracterizado por que la consistencia del agua de alimentación es menor que la consistencia de la(s) suspensión(es) fibrosa(s) que forman la primera y la segunda capas de fibras.

5. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4, caracterizado por que el aditivo aniónico tiene un peso molecular promedio en peso > 100000 g/mol, preferentemente > 250000 g/mol, y/o una densidad de carga -0,05 --5 meq/g de polímero seco, preferentemente - 0,1 - -4 meq/g polímero seco, más preferiblemente -0,5 - -4 meq/g de polímero seco, a pH 7.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el aditivo aniónico es celulosa carboximetilada, que tiene

- un valor de densidad de carga por debajo de -1,1 meq/g de polímero seco, preferentemente en el intervalo de -1,6 - -4,7 meq/g de polímero seco, más preferentemente -1,8 - -4,1 meq/g de polímero seco, incluso más preferentemente -2,5 - - 4,0 meq/g de polímero seco, medido a pH 7, y/o

- viscosidad en el intervalo de 30 - 30000 mPas, preferiblemente 100 - 20000 mPas, más preferiblemente 200 -15 000 mPas, medida a partir de una solución acuosa al 2 % en peso a 25 °C, medida usando Brookfield LV DV1.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el copolímero de acrilamida tiene un peso molecular promedio en peso MW ≤ 5000000 g/mol, preferiblemente ≤ 2500 000 g/mol, más preferiblemente ≤ 1500 000 g/mol.

8. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 7, caracterizado por que el copolímero de acrilamida tiene anionicidad en el intervalo de 2 - 70 % en moles preferiblemente 2 - 50 % en moles, más preferiblemente 5 - 35 % en moles, incluso más preferiblemente 5-11 % en moles .

9. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8 anteriores, caracterizado por que el aditivo aniónico se añade en una cantidad que mantiene la suma de las cargas añadidas del (de los) polímero(s) catiónico(s) y el aditivo aniónico catiónico neto.

10. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9 anteriores, caracterizado por que el aditivo aniónico se añade por separado del polímero catiónico.

11. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 10 anteriores, caracterizado por que el polímero catiónico es almidón catiónico o polímero catiónico de resistencia sintética.

12. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11 anteriores, caracterizado por que el polímero catiónico es almidón catiónico, que se añade en una cantidad de 3 - 20 kg/t, preferiblemente de 6 - 14 kg/t, más preferiblemente de 9 - 13 kg/t.

13. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 12 anteriores, caracterizado por que al agua de alimentación se añaden uno o más agentes auxiliares, como micropartículas de alumbre o aniónicas, preferentemente micropartículas de sílice aniónica o micropartículas de bentonita.

14. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13 anteriores, caracterizado por que la primera y/o la segunda capa comprenden micropartículas aniónicas y floculante sintético catiónico.

15. Método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 14 anteriores, caracterizado por que la primera y/o la segunda capa comprenden fibras celulósicas recicladas.