MX2007004385A

MX2007004385A - Metodo para el tratamiento de fibras de celulosa.

Info

Publication number: MX2007004385A
Application number: MX2007004385A
Authority: MX
Inventors: Jan Nordin; Thomas Christopher Greschik; Baltsen Hans-Ake
Original assignee: Akzo Nobel Nv
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-08-14
Also published as: RU2341603C1; AR054985A1; AU2005301423B2; WO2006049542A1; ZA200704416B; KR100915419B1; AU2005301423A1; JP4684296B2; CN101048545A; EP1825053A1; CN101048545B; TWI342910B; KR20070085705A; NZ554610A; CA2585892A1; PT1825053E; JP2008519176A; NO20072359L; ES2398361T3; TW200628664A

Abstract

La presente invencion se refiere a un metodo para el tratamiento de fibras de celulosa. La invencion se refiere ademas a la obtencion de papel a partir de dichas fibras tratadas y al papel que puede obtenerse a partir de ellas. La invencion se refiere tambien al uso de un derivado de celulosa con un aditivo en una etapa de blanqueo acido.

Description

MÉTODO PARA EL TRATAMIENTO DE FIBRAS DE CELULOSA La presente invención se refiere a un método para tratar fibras de celulosa. La presente invención se refiere también a la producción de papel a partir de dichas fibras tratadas y al papel que puede obtenerse a partir de ellas. La invención se refiere también al uso de un derivado de celulosa como aditivo en una etapa de blanqueo ácido ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En el campo de la fabricación de papel, se conocen varios métodos para mejorar la resistencia del papel en estado húmedo mediante la retención de agentes de resistencia en estado húmedo en las fibras celulósicas en la suspensión de pulpa mientras se está formando el papel. La resistencia en estado húmedo de un papel se refiere a su capacidad para mantener su integridad física y resistir a la ruptura, quiebre, y desgarre en uso, especialmente en condiciones húmedas. Una propiedad importante adicional de papel con mayor resistencia a la humedad es la suavidad, especialmente en el caso de papel de seda o similar. La suavidad puede describirse como la sensación táctil percibida cuando se sujeta o se frota un papel contra la piel. El documento WO01/21890 divulga un método para modificar fibras de celulosa con el objeto de proporcionar una alta resistencia en estado húmedo a un papel. Sin embargo este método incluye la adición de electrolito a la suspensión de pulpa y su tratamiento a una temperatura de al menos 100° C lo que restringe la flexibilidad y uso de este proceso. La presente invención tiene el propósito de ofrecer un método sencillo y eficiente en cuanto a su uso de la energía para producir papel con una mejor resistencia en estado húmedo y una mejor suavidad así como otras propiedades provechosas proporcionadas a través de la modificación de las fibras. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un método que puede ser utilizado con equipos y máquinas convencionales existentes. DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un método para modificar fibras de celulosa, que comprende el hecho de suministrar una suspensión de pulpa o fibras de celulosa, la adición de un derivado de celulosa durante el blanqueo de dichas fibras de celulosa en al menos una etapa de blanqueo ácido. Preferentemente, no se agrega electrolito en combinación con la adición de derivado de celulosa, excepto en el caso de la adición opcional de ácido o base para ajustar el pH. La adición de una base o de un ácido para regular el pH puede efectuarse en una cantidad de aproximadamente 0.001 a aproximadamente 0.5 M si el electrolito es monovalente. Por ejemplo, la adición de Ca2+ u otro electrolito bivalente podría incrementar en algunos casos el riesgo de precipitación de oxalato de calcio. El equipo utilizado en el proceso de blanqueo puede entonces taponearse debido a la presencia de estos precipitados derivados de electrolitos puesto que las pulpas pueden contener naturalmente ácido oxálico. El electrolito, sin embargo, no influencia significativamente la modificación de las fibras. El pH de la suspensión de pulpa en la etapa de blanqueo ácido es apropiadamente de aproximadamente 1 a aproximadamente 7, de preferencia de aproximadamente 2 a aproximadamente 6, y muy especialmente de aproximadamente 2 a aproximadamente 4. La temperatura durante el blanqueo ácido es apropiadamente de aproximadamente 30 a aproximadamente 95° C, preferentemente de aproximadamente 60 a aproximadamente 90° C. Preferentemente, el contenido seco de fibra de celulosa en la suspensión de pulpa es de aproximadamente 1 a aproximadamente 50% en peso, con mayor preferencia de aproximadamente 15 a aproximadamente 30% en peso, y muy especialmente de aproximadamente 5 a aproximadamente 15% en peso. El blanqueo se lleva a cabo apropiadamente durante un periodo de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 10 horas preferentemente de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 5 horas, y con mayor preferencia de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 3 horas. La etapa de blanqueo ácido en la cual se agrega el derivado de celulosa puede ser durante cualquiera de las etapas en las cuales la pulpa es tratada con dióxido de cloro, ozono, perácido, u otras etapas de tratamiento de blanqueo ácido, preferentemente durante el tratamiento con dióxido de cloro. En este contexto, las etapas acidas integradas en el proceso de blanqueo o secuencias de etapas de blanqueo ácido, como por ejemplo etapas de lavado, acidificación, o etapas de quelación acida pueden estar también incluidas en el tratamiento de blanqueo durante lo cual se puede agregar un derivado de celulosa. Se ha encontrado que la adsorción de derivado de celulosa en fibras de celulosa, particularmente la adsorción de CMC en fibras resulta en una carga superficial significativamente incrementada en comparación con fibras de madera no tratadas CMC. Esto puede ser la explicación por la cual la resistencia en estado húmedo de un papel producido a partir de la pulpa tratada con CMC en donde se agregó CMC en una etapa de blanqueo ácido fue significativamente mejorada así como la resistencia en estado húmedo relativa cuando subsiguientemente un agente de resistencia en estado húmedo a la pasta primaria de papel en un proceso de fabricación de papel. El presente método puede por consiguiente proporcionar también propiedades mejoradas de suavidad del papel producido. La suavidad de una hoja de papel puede ser estimada, al menos indirectamente, a través del valor de resistencia en estado húmedo relativo, el cual se define como la proporción entre el índice de tensión en estado húmedo y el índice de tensión en estado seco de conformidad con la fórmula RWS (en %) = (WS/DS)*100, en donde RWS representa la resistencia en estado húmedo relativa, WS es el índice de tensión en estado húmedo y DS es el índice de tensión en estado seco de un papel. RWS es frecuentemente una buena medición de la suavidad de un papel; entre mayor es la RWS, más elevada es la suavidad del papel. La modificación con derivado de celulosa puede también influenciar el efecto de cualquier adición subsiguiente de químicos para papel a la pasta primaria de pulpa que puede influir a su vez tanto la dosificación necesaria de los productos químicos para papel a la pasta primaria de pulpa como la calidad del producto de papel obtenido. Se ha observado también que el apresto, retención y remoción de agua pueden ser mejorados como resultado de las fibras celulósicas modificadas en proceso de fabricación de papel. Cualquier producto químico para papel adicional adecuado para la producción de papel puede agregarse a la pasta primaria de pulpa que contiene las fibras de celulosa blanqueadas modificadas. Tales agentes químicos pueden incluir, por ejemplo, agentes de resistencia en estado seco, agentes de resistencia en estado húmedo, agentes de retención, agentes de apresto, etc. Las fibras de celulosa pueden ser derivadas de cualquier tipo de material basado en madera suave o basado en madera dura, o no basado en madera, por ejemplo en pulpas de sulfito, sulfato o sosa preblanqueadas, semiblanqueadas, o no blanqueadas, o bien pulpas mecánicas, termomecánicas, quimiomecánicas, quimiotermomecánicas no blanqueadas, semiblanqueadas o preblanqueadas, y mezclas de las mismas. Como ejemplos de materiales no de madera podemos mencionar, por ejemplo, bagaso, kenaf, fibras de planta, sisal o similares . El derivado de celulosa, preferentemente un derivado de alquilcelulosa, y con mayor preferencia un derivado de carboximetilcelulosa, y con mayor preferencia un derivado de carboximetilcelulosa, es soluble en agua, o al menos parcialmente soluble en agua o dispersable en agua, preferentemente soluble en agua o al menos parcialmente soluble en agua. Preferentemente, el derivado de celulosa es iónico. El derivado de celulosa puede ser aniónico, catiónico o anfotérico, preferentemente aniónico o anfotérico. Ejemplos de derivados de celulosa adecuados incluyen éteres de celulosa, por ejemplo, éteres de celulosa, aniónicos, y anfotéricos, celulosa alcalina, complejos de celulosa-metal, celulosa copolimérica injertada preferentemente éteres de celulosa aniónica. El derivado de celulosa tiene preferentemente grupos iónicos o cargados, o sustituyentes. Ejemplos de grupos iónicos adecuados incluyen grupos aniónicos y catiónicos. Ejemplo de grupos aniónicos adecuados incluyen carboxilato, por ejemplo, grupos carboxialquilo, sulfonato, por ejemplo sulfoalquilo, fosfato y fosfonato en donde el grupo alquilo puede ser metilo, etilpropilo y mezclas de los mismos, preferentemente metilo; adecuadamente, el derivado de celulosa contiene un grupo aniónico que comprende un grupo carboxilato a por ejemplo, un grupo carboxilalquilo. El contra-ion del grupo aniónico es habitualmente un metal alcalino o un metal alcalino terreo, apropiadamente sodio. Ejemplos de grupos catiónicos adecuados de derivados de celulosa de conformidad con la presente invención incluyen sales de aminas, adecuadamente sales de aminas terciarias, y grupos amonio cuaternario, preferentemente grupos amonio cuaternario. Los sustituyentes fijados sobre el átomo de nitrógeno de aminas y grupos amonio cuaternario pueden ser iguales o diferentes y pueden seleccionarse entre grupos alquilo, cicloalquilo, y alcoxialquilo, y uno, dos o más de los sustituyentes conjuntamente con el átomo de nitrógeno pueden formar un anillo heterocíclico. Los sustituyentes, independientemente entre ellos, comprenden habitualmente de 1 a aproximadamente 24 átomos de carbono, preferentemente de 1 a aproximadamente 8 átomos de carbono. El nitrógeno del grupo catiónico puede estar fijado sobre la celulosa o derivado de la misma a través de una cadena de átomos que comprende preferentemente átomos de carbono e hidrógeno, y opcionalmente átomos de 0 y/o N. Habitualmente, la cadena de átomos es un grupo alquileno con 2 a 18 átomos de carbono, preferentemente 2 a 8 átomos de carbono, opcionalmente interrumpido o sustituido por uno o varios heteroátomos, por ejemplo, 0 o N como por ejemplo grupo alquilenoxi o grupo hidroxipropileno. Los derivados de celulosa que contienen grupos catiónicos incluyen los obtenidos mediante la reacción de celulosa o derivado de celulosa con agente de cuaternización seleccionado entre cloruro de 2,3-hidroxipropil trimetil amonio, cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropil trimetil amonio y mezclas de los mismos. Los derivados de celulosa de esta invención pueden contener grupos no iónicos como por ejemplo grupos alquilo o hidroxialquilo por ejemplo, hidroximetilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, hidroxibutilo y mezclas de los mismos, por ejemplo, hidroxietilmetilo, hidroxipropilmetilo, hidroxibutilmetilo, hidroxietiletilo, hidroxipropilo y similares. En una modalidad preferida de la invención, el derivado de celulosa contiene tanto grupos iónicos como grupos no iónicos. Ejemplos de derivados de celulosa adecuados de conformidad con la presente invención incluyen carboxialquil celolosas, como por ejemplo, carboximetil celulosa, carboxietil celulosa, carboxipropil celulosa, sulfoetil carboximetil celulosa, carboximetil hidroxietil celulosa ("CM-HEC"), carboximetil celulosa en donde la celulosa esta sustituida por uno o varios sustituyentes no iónicos, preferentemente carboximetil celulosa ("CMC") . Ejemplos de derivados de celulosa adecuados y métodos para su preparación incluyen los divulgados en la Patente norteamericana número 4,940,785, que se incorpora aquí por referencia. En los términos "grado de sustitución" o "DS", como se utilizan aquí, se refieren al número de sitios de anillo sustituidos de los anillos de beta-anhidroglucosa del derivado de celulosa. Puesto que existen tres grupos hidroxilo en cada anillo de anhidroclusa de la celulosa que están disponibles para sustitución, el valor máximo de DS es 3.0. De conformidad con una modalidad preferida de la invención, el derivado de celulosa tiene un grado de sustitución de grupos iónicos netos ("DSNI") de hasta aproximadamente 0.65, es decir, el derivado de celulosa tiene un grado medio de sustitución iónica neta por unidad de glucosa de hasta aproximadamente 0.65. La sustitución iónica neta puede ser aniónica neta, catiónica neta o neutral neta. Cuando la sustitución iónica neta es una sustitución aniónica neta, existe un exceso neto de grupos aniónicos (grupos aniónicos netos = el número promedio de grupos aniónicos menos el número promedio de grupos catiónicos, si existen, por unidad de glucosa) y DSNI es igual que el grado de sustitución de grupos aniónicos netos ("DSNA") . Cuando la sustitución iónica neta es una sustitución catiónica neta, existe un exceso neto de grupos catiónicos (grupos catiónicos netos = el número medio de grupos catiónicos menos el número medio de grupos aniónicos, si existen, por unidad de glucosa) y DSN? es el mismo que el grado de sustitución de grupos catiónicos netos ("DSNC") . Cuando la sustitución iónica neta es neutral neta, el número medio de grupos aniónicos y catiónicos, si existen, por unidad de glucosa es el mismo, y DSN? así como DSNA y DSNC son 0. Según otra modalidad preferida de la invención, el derivado de celulosa tiene un grado de sustitución de grupos carboxialquilo ("DSCA") de hasta aproximadamente 0.65, es decir, el derivado de celulosa tiene un grado medio de sustitución de carboxialquilo por unidad de glucosa de hasta aproximadamente 0.65. Los grupos carboxialquilo son adecuadamente grupos carboximetilo y, entonces, DSCA es el mismo que el grado de sustitución de grupos carboximetilo ("DSCM") - Según estas modalidades de la invención, DSN?, DSNA, DSNC y DSCA, independientemente entre ellos, son habitualmente de hasta aproximadamente 0.60, adecuadamente hasta aproximadamente 0.50, preferentemente hasta aproximadamente 0.45 y con mayor preferencia hasta 0.40, mientras que DSN?, DSNA, DSNC y SCA, independientemente entre ellos, son habitualmente al menos 0.01, adecuadamente al menos aproximadamente 0.05, preferentemente al menos aproximadamente 0.10, y con mayor preferencia al menos aproximadamente 0.15. Los rangos DSN?, DSNA, DSNC y DSCA, independientemente de aproximadamente de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.60, adecuadamente de aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.50, preferentemente de aproximadamente 0.10 a aproximadamente 0.45, y con mayor preferencia de aproximadamente 0.15 a aproximadamente 0.40. Derivados de celulosa que son aniónicos o anfotéricos tienen habitualmente un grado de sustitución aniónica ("DS") dentro de un rango de 0.01 a aproximadamente 1.0, en la medida en que DSN? y DSNA son de conformidad con lo definido aquí; adecuadamente de aproximadamente 0.5, preferentemente de aproximadamente 0.10, y con mayor preferencia de aproximadamente 0.15, y adecuadamente hasta aproximadamente 0.75, preferentemente hasta aproximadamente 0.5, y con mayor preferencia hasta aproximadamente 0.4. Derivados de celulosa que son catiónicos o anfotéricos pueden tener un grado de sustitución catiónica ("DSC") dentro de un rango de 0.01 a aproximadamente 1.0, en la medida en que DSNI y DSNC son de conformidad con lo definido aquí; adecuadamente de aproximadamente 0.02, preferentemente de aproximadamente 0.03, y con mayor preferencia de aproximadamente 0.05, y adecuadamente hasta aproximadamente 0.75, preferentemente hasta aproximadamente 0.5, y con mayor preferencia hasta aproximadamente 0.4. Los grupos catiónicos son adecuadamente grupos amonio cuaternario y entonces DSC es el mismo que el grado de sustitución de grupos amonio cuaternario ("DSQN") . Para derivados de celulosa anfotéricos de esta invención, DSA o DSC pueden evidentemente ser mayores que 0.65 en la medida en que DSNñ y DSNC, respectivamente, son de conformidad con lo definido aquí. Por ejemplo, si DSA es 0.75 y DSC es 0.15, entonces DSNA es 0.60 Los derivados de celulosa solubles en agua tienen adecuadamente una solubilidad de al menos el 85% en peso, con base en el peso total de derivados de celulosa seco, en una solución acuosa, preferentemente al menos 90% en peso, con mayor preferencia al menos 95% en peso y con mayor preferencia al menos 98% en peso. El derivado de celulosa tiene habitualmente un peso molecular promedio que es de al menos 20000 Daltones, preferentemente al menos 50000 Daltones, y hasta aproximadamente 1000000 de Daltones, preferentemente hasta aproximadamente 50000 Daltones . El derivado de celulosa se agrega adecuadamente en una cantidad de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 50 kg/t, prefere3ntemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 20 kg/t, y con mayor preferencia de aproximadamente 5 a aproximadamente 10 kg/t de fibras de celulosa secas. La invención se refiere también a un papel que puede obtenerse a través de un método que comprende la remoción de agua en una malla en una pasta primaria de pulpa de fibras de celulosa blanqueadas modificadas producidas de conformidad con un método descrito aquí y formando un papel con dicha pasta primaria de pulpa con remoción de agua. Habiendo descrito la invención resulta evidente que dicha invención puede presentar numerosas variaciones . Tales variaciones no deben considerarse como saliéndose del esencia y del alcance de la presente invención y todas las modificaciones que serían evidentes a una persona con conocimientos en la materia están incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones. Los ejemplos siguientes ilustrarán adicionalmente cómo se puede efectuar la invención descrita sin limitar su alcance. Si no se indica de otra forma, todas las partes y porcentajes se refieren a partes en peso y porcentaje en peso. Ejemplos El objeto del experimento fue adsorber CMC en fibras en una etapa de blanqueo ácido final que en este caso fue en una etapa de dióxido de cloro. Aún cuando no es necesario, se utilizó cloruro de calcio para mejorar la adsorción. La pulpa utilizada fue una pulpa de madera blanda blanqueada libre de cloro elemental de cinco etapas de brillo completo que tiene un brillo final de 90% ISO. Una pulpa de referencia fue tratada como pulpa modificada por CMC de conformidad con la presente invención pero sin la carga de CMC. La etapa final de dióxido de cloro fue efectuada a una temperatura de 80° C durante 180 minutos a una consistencia de pulpa de 10% en peso. Las cargas de químicos fueron: 10 kg/t de dióxido de cloro, como cloro activo 7 kg/t, kg/t de cloruro de calcio calculado como Ca2+ con base en el peso de la pulpa seca. El pH final de la etapa de dióxido de cloro fue 2.8. La CMC utilizada fue Finnfix WRH de Noviant . El grado de sustitución fue 0.5 y el peso molecular 1*106. El agente de resistencia en estado húmedo Kenores de XO fue agregado a una carga de 15 kg/t de pulpa seca a la suspensión de pulpa blanqueada. Las propiedades de resistencia de la pulpa tratada con CMC fueron evaluadas con diferentes grados de batido (°SR): El batido fue efectuado en una batidora PFI a escala de laboratorio. Las propiedades de resistencia de la pulpa tratada con CMC batida fueron comparadas con la pulpa de referencia batida no tratada con CMC y con una pulpa a la cual se agrego CMC a la suspensión de pulpa después del blanqueo. La pulpa analizada tenía un brillo final de 90% ISO y había sido blanqueada con una etapa final de dióxido de cloro (a escala de laboratorio) . Diagrama 1 °SR vs Resistencia en Estado Húmedo ßSR Como se puede observar a partir del diagrama 1, la resistencia en estado húmedo se eleva fuertemente cuando CMC ha sido adsorbida en una etapa final de dióxido de cloro en comparación con la adición de CMC a la materia prima o sin adición de CMC. Aquí, el incremento de la resistencia en estado húmedo dentro del papel producido fue de hasta 65%. Diagrama 2 Resistencia Relativa en Estado Húmedo vs °SR En el diagrama 2, RWS (resistencia relativa en estado húmedo) es graficada versus °SR para CMC adsorbida en la etapa final de dióxido de cloro ácido y adición de CMC a la materia prima en el proceso de fabricación de papel así como una referencia sin adición de CMC. Como es evidente a partir del diagrama 2, la RWS es considerablemente incrementada en un papel obtenido mediante la adición de CMC a la etapa de dióxido de cloro ácido.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para modificar fibras de celulosa, dicho método comprende el suministro de una suspensión de pulpa de fibras de celulosa, la adición de un derivado de celulosa durante el blanqueo de dichas fibras de celulosa en al menos una etapa de blanqueo ácido.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el derivado de celulosa se agrega en una etapa final de blanqueo ácido.
3. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en donde el derivado de celulosa es una carboxialquil celulosa.
4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el derivado de celulosa es carboximetil celulosa.
5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la etapa final de blanqueo ácido es una etapa de dióxido de cloro.
6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el derivado de celulosa se agrega en una cantidad de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 50 kg/t de fibras de celulosa secas.
7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde el contenido seco de las fibras de celulosa en la suspensión es de aproximadamente 1 a aproximadamente 50% en peso.
8. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde un agente de resistencia en estado húmedo se agrega subsiguientemente a una suspensión de pulpa blanqueada.
9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde un agente de resistencia en estado seco es subsiguientemente agregado a una suspensión de pulpa blanqueada.
10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde la etapa final de blanqueo se efectúa a un pH de aproximadamente 2 a aproximadamente 4.
11. Un método de producción de papel que comprende el suministro de una suspensión de pulpa blanqueada de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, eliminación de agua en dicha suspensión de pulpa en una malla y formación de un papel en dicha suspensión de pulpa con eliminación de agua.
12. Un papel que puede obtenerse a través del método de conformidad con la reivindicación 11.
13. El uso de un derivado de celulosa como aditivo a una suspensión de fibras de celulosa tratadas en una etapa de blanqueo ácido.
14. El uso de un derivado de celulosa de conformidad con la reivindicación 13, en donde la etapa de blanqueo es una etapa de dióxido de cloro ácido.