MX2008014039A

MX2008014039A - Uso de polivinilamina para mejorar el apresto de aceite y agua en productos celulosicos.

Info

Publication number: MX2008014039A
Application number: MX2008014039A
Authority: MX
Inventors: Thomas E Taggart; Dennis W Barton
Original assignee: Hercules Inc
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2007-05-11
Publication date: 2008-11-14
Also published as: CA2652855A1; RU2008148826A; TW200745412A; US20070261807A1; JP2009536990A; AU2007249809A1; BRPI0711637A2; WO2007133729A2; CN101443515A; KR20090018117A; WO2007133729A3; EP2024565A2

Abstract

La presencia de ambos, un agente de apresto de agua y un agente de apresto de aceite en una provisión de elaboración de papel es perjudicial en que cada uno tiene un afecto adverso en la propiedad de apresto del otro. Se ha encontrado que este efecto adverso se puede contrarrestar o disminuir mediante la presencia en la provisión de una polivinilamina.

Description

USO DE POLIVINILAMINA PARA MEJORAR EL APRESTO DE ACEITE Y AGUA EN PRODUCTOS CELULÓSICOS CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con una mejora en ambos apresto con aceite/grasa y agua de materiales celulósicos, especialmente productos de papel, a través del uso de una polivinilamina en combinación con ambos agentes de apresto de aceite y agua. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los agentes de apresto se usan en procesos de elaboración de papel para repeler agua o grasa, es decir, aceites, de adherirse o penetrar hacia el papel, debilitando de esta manera y/o manchando el papel. Los agentes de apresto se pueden clasificar en agentes reactivos o agentes no reactivos. También se pueden clasificar hacia agentes de apresto internos o como agentes de apresto superficial. Los agentes de apresto reactivos se ligan con las fibras de papel y usualmente se utilizan para apresto interno. Los agentes de apresto se puede añadir a la provisión de papel antes de que la provisión entre al extremo húmedo de la máquina de elaboración de papel. Alternativamente, los mismos agentes de apresto se pueden rociar o apretado hacia el papel recientemente formado a medida que el pasa a través. Si el agente de apresto se añade a la suspensión de pulpa (es decir, la provisión) se debe adherir a la pulpa no será retenido en el papel. Esto se puede lograr usando un agente que está opuestamente cargado de la pulpa. Los agentes de apresto en papel previenen el exceso de penetración de agua o grasa hacia el papel. Se usan en donde la resistencia al agua o grasa se necesita en el uso final del papel. No hay agentes de apresto que tienen propiedades de resistencia adecuadas de ambos. Los agentes de apresto de aceite más eficientes parta celulósicos, tales como papel, contienen cadenas de fluorocarbonos lineales, largas. Los fluorocarbonos en general tienen bajas energías de superficies y no se humedecen fácilmente por materiales basados en aceite. Inversamente, los agentes que contienen cadenas de hidrocarburo no fluoradas son buenos agentes de apresto de agua. Sin embargo, cuando una combinación de un agente basado en fluorocarbono para resistencia al aceite y un producto basado en hidrocarburo para resistencia al agua se emplean ambos en procesos de elaboración de papel, cada uno tiene un efecto adverso en el funcionamiento del otro. Consecuentemente, más material o producto se debe usar para compensar la pérdida adversa de propiedades resistentes.

Como se describe por Bottorff en la Patente de EUA No. 5,252,754, los fluorocarbonos de cadena larga son agentes de apresto de aceite eficientes para materiales celulósicas tales como papel debido a su baja energía superficial. Sinh embargo, estos agentes de apresto basados en fluorocarbono son generalmente ineficientes para resistencia al agua, especialmente si contienen grupos «de sal hidrofílica. Por otra parte, los productos de apresto basados en hidrocarburo tales como dímero de alquilo ceteno (AKD) , son agentes de apresto de agua efectivos, pero son ineficientes para propósitos de apresto de aceite. Cuando combinaciones de ambos materiales basados en hidrocarburo y fluorocarbono se usan, tienen un impacto negativo en el mutuo funcionamiento en el papel. Esta relación adversa generalmente resulta en esquemas de tratamiento ineficientes debido a que niveles de producto elevados se requieren para lograr ambas propiedades de resistencia al aceite y al agua adecuadas en el mismo papel . Se ha descubierto ahora qué la presencia de una polivinilamina en una provisión de papel o cartón, cuya provisión contiene ambos agentes de apresto de aceite (o grasa) y agua, el efecto adverso es sorprendentemente contrarrestado .

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la invención es un proceso de elaboración de papel o elaboración de cartón en el que una provisión contiene ambos, un agente de apresto de aceite y un agente de apresto de agua. La mejora siendo que la provisión también contiene una polivinilamina . Otro aspecto a la invención es el orden de adición de los agentes a la provisión. Un agente de apresto de agua se añade a una provisión de papel. La polivnilamina luego se añade a la provisión de papel ya sea antes o después del agente de apresto de agua se añade, seguido por adición del agente de apresto de aceite. Además la invención proporciona una provisión de papel que contiene cuando menos una polivinilamina, un agente de apresto de agua, y un agente de apresto de aceite. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Añadiendo una polivinilamina catiónica soluble en agua cuando ambos un apresto de aceite y un apresto de agua se usan en el proceso de elaboración de papel es un aspecto importante de la invención. La provisión (es decir, pulp) se hace pasar a través de una máquina de papel que consiste de una caja de cabeza, una sección de formación de hoja y una sección de de secado, todo en secuencia. Las polivinilaminas útiles en esta invención incluyen pero no están limitadas a unas producidas a través de polimerización de solución de radical libre de n-vinilformamida. La polivinilformamida no iónica resultante puede entonces ser hidrolizadas en base, creando una funcionalidad catiónica de amina primaria en el polímero y formato de sodio como un producto secundario. Los productos efectivos para el propósito incluyen, pero no están limitados a, polímeros de vinilamina que se han hecho reaccionar a un nivel de hidrólisis de 35-100% de velocidad 50-1005 con peso molecular que varía de 300,000-400,000 a través de cromatografía de exclusión de tamaño (SEC) de Copolímeros de polivinilamina se pueden usar. Los comonómeros incluyen acetato de vinilo o monómeros de propionato de vinilo. Los polímeros de polivinilamina se pueden incorporar en la suspensión acuosa de fibras usadas para formar la trama, es decir, la provisión. Mediante provisión se da a entender la mezcla de diversos materiales que se mezclan en la suspensión de material de la que se hace papel o cartón; los constituyentes principales son material fibroso (pulpa) , apresto o materiales de resistencia, u otros aditivos tales como rellenos y tintes. Mediante pulpa se entienden materiales fibrosos preparados de madera, algodón, pastos, etc., mediante procesos químicos o mecánicos para uso en fabricación de papel, cartón o productos de celulosa. Mediante alambre se da a entender un material tejido hecho de plástico o metal para uso al formar la trama de papel o cartón de la suspensión de pulpa diluida. Mediante caja de cabeza se da a entender una cámara de control de flujo que recibe el material de papel diluido o provisión del sistema de preparación de material y actúa para dispersar el flujo uniformemente a través de la anchura completa del alambre de formación. Mediante formación de hoja se da a entender el proceso mediante el que la provisión de fibra diluida se forma hacia una trama húmeda a través de efectos de drenaje por vacío y gravedad. Mediante sección de secado se da a entender la parte del proceso de elaboración de papel que involucra la remoción de exceso de agua de la trama húmeda de papel o cartón a través de contacto directo con cilindros de secado calentados . Mediante trama se da a entender la hoja de papel o cartón que viene de una máquina de papel en su anchura completa . Los agentes de apresto de agua apropiados incluyen dimeros de alquilo ceteno (AKD) o dimero de alquenilo ceteno (AKD) , anhídrido succínico de alquenilo (ASA) , aprestos basados en resina de trementina tal como jabón de resina de trementina, resina de trementina dispersa, y lo semejante. Los agentes de apresto de aceite apropiados incluyen polímeros que contienen fluorocarbono tales como aquellos que tienen grupos alquilo fluorados. En un aspecto de proceso preferido de la invención, el apresto de aceite y apresto de agua se pueden añadir a la provisión en cantidades de 0.005% a 1.0% (por ciento en peso) de sólidos de tratamiento activos basados en los sólidos de provisión totales, y la polivinilamina puede estar presente en una cantidad de entre 0.001% y 1% de sólidos de tratamiento activo basados en los sólidos de provisión total. El siguiente Ejemplo A hace notar la relación adversa típica entre los agentes de apresto de aceite y agua en sistemas basados en celulosa que requieren niveles elevados de apresto de agua y aceite. EJEMPLO A Para hacer hojas manuales de papel, un formador de Laboratorio Noble and Wood se usó para preparar hojas de mano de 20 cm x 20 cm a un peso de base de 160 gramos/metro cuadrado . Una provisión que contiene pulpa Kraft de madera suave blanqueada y pulpa quimitermomecánica blanqueada se obtuvo de fabricantes de especialidades comerciales que requieren propiedades significativas de apresto de agua y aceite. Las pulpas se mezclaron a una relación de 1:1 y se refinan en una batidora de ciclo de laboratorio a 470 mi Canadian Standard Freeness (CSF) . Como se delinea en la Cuadro A, agentes de apresto de agua y aceite comerciales se añadieron en secuencia a alícuotas de la pulpa. La agitación de material se logró con un conjunto mezclador superior ajustado a 1,400 rpm. El tratamiento de apresto de aceite se añadió a la pulpa (provisión) , 30 segundos después de la adición del agente de apresto de agua. La preparación de papel de mano comenzó después de 30 segundos adicionales de tiempo de mezcla después del tratamiento de apresto de aceite. Las hojas de mano se formaron en un tamiz de malla 100, pasadas a través de una prensa de rodillo con filtro ajustado de 2, 460 kg/cm2 (35 psi) (una sola pasada), y se seca a 3-4% de humedad usando un secador de tambor. La prueba de funcionamiento se condujo con ambas una prueba de Hot Water Cobb y una prueba de Hot Oil Cobb para demostrar propiedades de resistencia al agua y aceite en el papel terminado. Los procedimientos para estas pruebas se exponen abajo. La prueba de Cobb de Agua Caliente involucra muestras de papel cortadas a 12.5 cm x 12.5 cm, pesadas al 0.01 g más cercano, y subsecuentemente sujetadas dentro de un aparato de anillo Cobb de 100 mi. Una muestra de 50 mi de agua a 82°C (180°F) luego se vierte hacia el anillo Cobb y sobre del papel. Después de exactamente dos (2) minutos de tiempo de contacto con la muestra de papel, el agua se vierte rápidamente del anillo.- La muestra de papel humedecida se separa del aparato y se coloca entre dos piezas de papel secante (lado humedecido arriba) . El exceso de agua se remueve de la muestra de papel movi8endo un rodillo de mano Cobb una vez de un lado al otro sobre la muestra sin ejercer ninguna fuerza adicional. La muestra de papel humedecido se pesa de nuevo inmediatamente al 0.01 g más cercano. El peso de agua absorbida en gramos por metro cuadrado se calcula restando el peso acondicionado de la muestra de su peso final y multiplicando por 100. La prueba de Cobb de Aceite Caliente es idéntica a la Prueba de Cobb de Agua Caliente, excepto que el aceite (Wesson® Corn Oil) se usa a 104°C (220°F en lugar del agua.

La única otra diferencia en la prueba de aceite es que el rodillo de mano Cobb no se usa para remover el exceso de aceite sino más bien la muestra de papel humedecida se presiona a mano entre papel secante antes de que la muestra se frote suavemente con una toalla Kimwipes® limpia. La prueba Cobb de Aceite Caliente cuantifica el peso del aceite caliente absorbido en gramos/metro cuadrado usando el mismo cálculo descrito bajo la prueba Cobb de Agua Caliente. En ambas pruebas Cobb de Agua Caliente y de Aceite Caliente, un resultado más elevado indica un mayor grado de absorción por la muestra de papel. Inversamente un valor de prueba Cobb inferior es indicativo de humectación y penetración superficial baja y mejores propiedades de apresto. El dato en el Cuadro a muestra el impacto negativo típico de un agente de apresto de agua sobre la permanencia de un producto de apresto de aceite. Por ejemplo, a medida que se aumenta el nivel de aprest6o de agua, el apresto de agua mejora mientras que la propiedad de apresto de aceite se reduce. El agente de apresto de agua está comprendido de dimero de alquilceteno mientras que el apretó de aceite es un producto que contiene perfluoroalquilo . Cuadro A: Resultados de Apresto de Agua y Aceite Apresto de Apresto de Agua Caliente Aceite Agua Comercial Aceite Cobb Caliente Cobb Comercial (% en peso) (% en peso) (g/m*) (g/m*) 0.132 0.225 . 162 89 0.155 0.225 71 118 Las siguientes definiciones se aplican para el Cuadro A: Apresto de Agua Comercial AKD: Hercon® - Hercules Incoporated Apresto de Aceite Comercial: ImPress® FP-100 Hercules Incorporated % en Peso: % de Adición de Sólidos de Tratamiento Activo Basado en Provisión Total de Sólidos Los siguientes Ejemplos son ilustrativos del efecto benéfico sorprendente de polivinilamj ina en ambas, resistencia a agua y aceite en sistemas basados en celulosa que requieren niveles elevados de apresto de agua y aceite. EJEMPLO 1 Los datos del Ejemplo 1 se resumen en el Cuadro 1.

En este estudio, hojas manuales se prepararon usando el mismo procedimiento de elaboración de papel descrito en el Ejemplo A con la excepción de que la provisión estuvo comprendida de pulpas de mercado comercial refinadas a 480 mi de Canadian Standard Freeness (CSF) de 560% de Kraft de madera suave blanqueada del sur y 40% de Kraft de madera dura blanqueada del norte. El peso de base de meta fue 248 gramos/metro cuadrado. La secuencia de adición química como se describió en el Ejemplo A, excepto que cuando se incluyó polivinilamina en la prueba, se añadió a la provisión de mezcla 30 segundos antes de la adición del agente de apresto de agua. La prueba de funcionamiento de hoja manual se condujo usando los mismos procedimientos que los descritos en el Ejemplo A, excepto que se conducto una prueba Ambient Saline Cbb 2% en lugar de la prueba Cobb de Agua Caliente. La salina usada en la prueba está a temperatura ambiente y se deriva de agua desionizada tratada con NaCl a 2% en peso. Aparte de estas diferencias, el procedimiento de prueba es idéntico al método de prueba Cobb de Agua Caliente descrito en el Ejemplo A. Los datos resumidos en el Cuadro 1 muestran el efecto positivo simultáneo de polivinilamina en ambos resultados de prueba de apresto de agua y aceite. Los valores bajos de prueba de Salina y Agua Caliente de Cobb demuestran que se alcanza un equilibrio efectivo en resistencia a agua y aceite a través de la adición de la polivinilamina. El agente de apresto de agua está comprendido de dimero de alquilceteno mientras que el apresto de aceite es un producto que contiene perfluoroalquilo . La polivinilamina es un polímero en solución que se ha hecho reaccionar a un nivel de hidrólisis de 50%. Cuadro 1: Resultados de Apresto de Agua y Aceite Las siguientes definiciones se aplican para el Cuadro 1 : Polivinilamina Comercial: Hercules® PPD M-1189 - Hercules Incorporated Apresto de Agua AKD Comercial: Hercon® 80 hércules Incorporated Apresto de Aceite Comercial: ImPress® FP-100 Hercules Incorporated % en Peso: % de Adición de Sólidos de Tratamiento Acvtivo Basados en Sólidos de Provisión Total EJEMPLO 2 El dato del Ejemplo 2 se resumen en el Cuadro 2. En este trabajo, se prepararon hojas manuales de 160 gramos/metro cuadrado usando el mismo procedimiento de elaboración de papel y mezcla de provisión descrita en el Ejemplo A. La Canadian Standard Freeness de meta para refinado de pulpa fue 470 mis. La secuencia de adición qu'mica fue consistente con la descripción proporcionada en el Ejemplo A, excepto que cuando se incluyó un polímero aniónico en la prueba, se añadió a la provisión de mezclado 30 segundos después de la adición del agente de apresto de agua y 30 segundos antes de la adición del material de apresto de aceite. Cuando la polivinilamina se incluyó en la prueba, se añadió a la provisión de mezcla 30 segundos antes de la adición del agente de apresto de agua. La prueba de funcionamiento de hoja manual se condujo usando los mismos procedimientos como se describen en el Ejemplo A. El dato en el Cuadro 2 demuestra además el efecto benéfico de polivinilamina en ambas propiedades de apresto de agua y aceite ya que se logran valores de Cobb bajos con la adición de polivinilamina a la provisión de prueba. El agente de apresto de agua está comprendido de dimero de alquilceteno . El apresto de aceite es un producto que contiene perfluoroalquilo, y la polivinilamina es un polímero en solución que se ha hecho reaccionar a un nivel de hidrólisis de 50%. El polímero aniónico es un copolímero de solución de acrilamida y ácido acrílico (Hercobond 2000) . El polímero aniónico se usa como una ayuda de retención para mejorar la retención de sólidos finos en la trama durante el proceso de formación de hoja. Cuadro 2: Resultados de Apresto de Agua y Aceite Las siguientes definiciones se aplican para el cuadro 2 : Polivinilamina Comercial: Hercules® PPD M-1189 -Hercules incorporated Apresto de Agua Comercial (1): Mezcla de 60:490 de ReTen® 204L/Hercon® 70 - Hercules Incorporated Apresto de Agua Comercial (2) : Hercon® 70 Hercules Incorporated Polímero Aniónico Comercial: ImPress® FP-100 hércules Incorporated % 4en Peso_ % de Adición de Sólidos de Tratamiento Activo Basados en Sólidos Totales de Provisión. EJEMPLO 3 El dato del Ejemplo 3 se resume en el Cuadro 3. En este estudio, se prepararon hojas manuales usando el mismo procedimiento de elaboración de papel ' descrito en el Ejemplo A con la excepción de que la provisión estuvo comprendida de pulpas refinadas de 70% de Kraft de madera suave blanqueada del sur y 30% de Kraft de madera dura blanqueada del norte refinadas a 405 mi CFanadian Standard Freeness. El peso de base de meta fue 149 gramos/metro cuadrado. La secuencia de adición química fue consistente con la descripción proporcionada en el Ejemplo A, excepto que cuando cualquiera de polivinilamina o poliaminas ramificada se incluyeron en la prueba, se añadió a la provisión de mezcla 30 segundos antes de la adición del agente de apresto de agua. Además, el polímero iónico y sílice coloidal se añadieron en orden de secuencia 30 segundos después de la adición del apresto de agua y 30 segundos antes de la adición del agente de apresto de aceite con 30 segundos de tiempo de mezcla entre cada adición de producto. La prueba de funcionamiento de hoja manual se condujo usando los mismos procedimientos descritos en el Ejemplo A. El dato en el Cuadro 3 re3sume el efecto positivo de polivinilamina en resultados de apresto de agua y aceite. Las tendencias asociadas con la polivinilamina demuestran además que es posible reducir el nivel de adición de los agentes de apresto de agua y aceite mientras que se mantiene un equilibrio bajo efectivo de valores de prueba de Cobb indicativos de propiedades elevadas de resistencia al agua y aceite. El dato de prueba asociado con la poliaminas ramificada indica que es difícil lograr el mismo equilibrio efectivo en propiedades de apresto de agua y aceite en comparación con las condiciones de prueba que involucran polivinilamina. En este ejemplo, la poliaminas ramificada es un polímero en solución con funcionalidad de amina cuaternaria. La polivinilamina es un polímero en solución se ha hecho reaccionar hasta un nivel de hidrólisis de 50% con una estructura predominantemente lineal y funcionalidad de amina primaria. El agente de apresto de agua está comprendido de dímero de alquilceteno, mientras que el apresto de aceite es un producto que contiene perfluoroalquilo . El polímero aniónico es un copolímero en emulsión de acrilamida y ácido acrílico. El componente de sílice es una dispersión acuosa de partículas de sílice coloidal. El polímero aniónico y la sílice coloidal se añaden a la provisión con el propósito de aumentar la retención de sólidos finos en la trama de papel en el proceso de formación. Cuadro 3: Resultados de Apresto de Agua y Aceite Poli- PoliApresto PolíSílice Apresto Cobb Cobb amina vinilde Agua mero Coloide Agua Acei¬ Ramiamina ComerAniónico dal Aceite Cate Caficada Comercial ComerComerComerliente liente Comercial cial cial cial cial (% en (% en (% en (% en (% en (% en (gt/m2) (g/m¿) peso) peso) peso) peso) peso) peso) 0.35 0 0.14 0.29 0.09 0.15 49 95 0.35 0 0.14 0.29 0.09 0.17 51 55 0.35 0 0.14 0.29 0.09 0.19 47 39 0.35 0 0.14 0.29 0.09 0.21 51 41 0.35 0 0.14 0.29 0.09 0.23 76 39 0.30 0 0.14 0.29 0.09 0.19 49 36 0.40 0 0.14 0.29 0.09 0.19 57 39 0 0.15 0.14 0.29 0.09 0.19 39 47 0 0.20 0.14 0.29 0.09 0.19 39 35 0 0.20 0.12 0.29 0.09 0.17 39 34 0 0.20 0.10 0.29 0.09 0.15 40 33 Se aplican las siguientes definiciones para el Cuadro 3 : Poliamina Ramificada Comercial: Nalco 7607 - Nalco Polivinilamina Comercial. Hercules® PPD M-11698 - Hercules Incorporated Apresto de Agua Comercial: Hercon® 79 - Hercules Incorporated Polímero Aniónico Comercial: PerForm® PA8137 Hercules Incorporated Sílice Coloidal Comercial: Positek 8691 - Nalco Apresto de Aceite Comercial: ImPress® FP-100 Hercules Incorporated % en Peso_ % de Adición de Sólidos de Tratamiento Activo Basados en Sólidos Totales de Provisión.

Claims

REIVINDICACIONES: 1. - En un proceso de elaboración de papel en que se usa una provisión, cuya provisión contiene tanto un agente de apresto de aceite como un agente de apresto de agua como una parte de los materiales en la provisión, la mejora en la que la provisión también contiene una polivinilamina.
2. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en el que el agente de apresto de aceite está presente en la provisión en una cantidad de entre 0.005% y 1% de sólidos de tratamiento activo basados en los sólidos de provisión total; el agente de apresto de agua está presente en una cantidad de entre 0.005% y 1% de sólidos de tratamiento activo basados en los sólidos totales de provisión; y la polivinilamina está presente en una cantidad de entre 0.001% y 1% de sólidos de tratamiento activo basados en los sólidos de provisión totales.
3. - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en el que el agente de apresto de aceite es un polímero que contiene fluorocarbono, y el agente de apresto de agua es un dimero de alquilceteno.
4. - El proceso de conformidad con la reivindicación 2, en el que el agente de apresto de aceite es un polímero que contiene fluorocarbono, y el agente de apresto de agua es un dimero de alquilceteno.
5.- El proceso de 0 conformidad con la reivindicación 2, en donde la polivinilamina tiene un nivel de hidrólisis de cuando menos 35%.
6.- El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en el que el orden de adición a la provisión de agente de apresto de aceite, agente de apresto de agua y polivinilamina, se añadir el agente de apresto de agua, luego añadir la polivinilamina ya sea antes o después del agente de apresto de agua seguido por añadir el agente de apresto de acedite.
7. - El proceso de conformidad con la reivindicación 3, en el que el orden de adición de polímero que contiene fluorocarbono, el dimero de alquilceteno y la polivinilamina, es añadir el dimero de alquilceteno, añadir la polivinilamina ya sea antes o después de añadir el dimero de alquilceteno, seguido por añadir el polímero que contiene fluorocarbono .
8. - Una provisión de papel que contiene un agente de apresto de aceite, un agente de apresto de agua, y una polivinilamina .