MXPA05009117A - Composiciones de almidon modificado. - Google Patents

Abstract

Una composicion de almidon modificada se hace al combinar un almidon con un polimero y cocinar el almidon combinado y la composicion de polimero bajo condiciones acidicas, la coccion produce grupos anionicos en el polimero. Otra composicion de almidon modificada se hace al cocinar un almidon y combinar el almidon cocinado con un polimero cocinado, la coccion produce grupos anionicos en el polimero, y el polimero se ha cocinado por separado del almidon. Las composiciones pueden utilizarse como un adyuvante clarificador para retirar solidos y otros materiales suspendidos de dispersiones acuosas, y en particular como un adyuvante de retencion en la fabricacion de papel.

Description

COMPOSICIONES DE ALMIDÓN MODIFICADO CAMPO TÉCNICO Esta invención se relaciona ' en general a composiciones de almidón modificado de tipo adecuado para uso como auxiliares clarificantes para remover sólidos y otros materiales suspendidos a partir de dispersiones acuosas, y en particular para uso como auxiliares de retención en la fabricación de papel.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La fabricación de papel implica formar una dispersión acuosa o "pasta papelera" de fibras celulósicas, partículas de relleno y potencialmente otros materiales, y luego drenar la pasta papelera sobre una malla de alambre para formar una hoja. Varios materiales han sido agregados a la pasta papelera para mejorar la retención en la hoja de las partículas de relleno y las figuras celulósicas cortas. Por ejemplo, los almidones modificados se utilizan frecuentemente para este propósito. Las Patentes Norteamericanas 5,859,128 y 6,048,929 (Moffett, R. ) describen un almidón modificado para uso como un auxiliar de retención en una pasta papelera de papel. El almidón modificado se prepara cocinando, bajo condiciones alcalinas, al menos un almidón anfotérico o catiónico con al menos una poliacrilamida . Las Patentes Norteamericanas 5,482, 693 (Rushmere, J. , offett, R. ) , 5,176,891 (Rushmere, J. ) y 4,954,220 (Rushmere, J. ) presentan un proceso para producir microgeles de polialuminosilicato poliparticulados solubles en agua. La patente Norteamericana 5, 178,730 (Bixler, H. , Peats, S.) describe que una mejora en la retención puede lograrse agregando un polímero catiónico de peso molecular medio/elevado o agregando una hectorita natural a la pasta papelera. La Patente Norteamericana 4,643,801 (Johnson, K.) revela un aglutinante que comprende un almidón catiónico en combinación con un polímero de peso molecular elevado aniónico y una sílice dispersa para mejorar la retención. De manera similar, la Patente Norteamericana 4,388,150 (Sunden, O., et al.) describe que una mejora puede encontrarse con el uso del ácido silícico coloidal y el almidón catiónico. La Patente Norteamericana 4,066,495 (Voight, J. ; Pender H.) presenta un método para agregar un almidón catiónico y un polímero de poliacrilamida aniónica a la pulpa en un proceso de fabricación de papel para mejorar la retención. La Patente Norteamericana 5,294,301 (Kumar, et al.) describe un proceso para la fabricación de papel a partir de una pasta papelera de pulpa acuosa, la mejora comprende agregar a la pasta papelera de pulpa acuosa al menos aproximadamente 0.1% con base en el peso de la pulpa, de al menos un copolimero de injerto del almidón, en donde el copolimero de injerto tiene una cantidad agregada del ácido polimetacrilico o poliacrilico .

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona a composiciones de almidón modificado que pueden utilizarse como auxiliares clarificantes para remover sólidos y otros materiales suspendidos a partir de dispersiones acuosas, y en particular como auxiliares de retención en la fabricación de papel. La invención se relaciona también a métodos para realizar las composiciones de almidón modificado. De acuerdo a esta invención, se proporciona una composición de almidón modificado hecha al combinar un almidón con un polímero y cocinando el almidón combinado y la composición polimérica bajo condiciones acxdicas, el cocinado produje grupos aniónicos en el polímero. De acuerdo a esta invención, se proporciona también una composición de almidón modificado hecha al cocinar un almidón y combinar el almidón cocinado con un polímero cocinado, el cocinado produce grupos aniónicos en el polímero, y el polímero ha sido cocinado de manera separada a partir del almidón.

En algunas modalidades de la invención, los grupos aniónicos son grupos acídicos y/o sales de grupos acídicos. En una modalidad particular, el polímero es poliacrilamida y el cocinado produce grupos de ácido acrílico en el polímero. De acuerdo a esta invención, se proporciona un método para hacer una composición de almidón modificado, el método comprende combinar un almidón con un polímero para formar una composición de almidón, y cocinar la composición de almidón bajo condiciones acídicas, el cocinado produce grupos aniónicos en el polímero. De acuerdo a esta invención, se proporciona también un método para hacer una composición de almidón modificado, el método comprende cocinar un almidón, cocinar un polímero separadamente desde el almidón, y combinar el almidón cocinado con el polímero cocinado, el cocinado produce grupos aniónicos en el polímero. En una modalidad de la invención, los grupos aniónicos son grupos acídicos, y la composición de almidón modificado tiene un pH mayor que el pKa de los grupos acídicos. En otra modalidad, la composición de almidón modificado tiene un pH inferior que el pKa de los grupos acídicos, y el método incluye una etapa adicional para elevar el pH de la composición de almidón modificado a un nivel mayor que, o igual al pKa de los grupos acídicos. De acuerdo a esta invención, se proporciona también una mezcla seca que comprende una mezcla seca de almidón y poliacrilamida la cual puede cocinarse bajo condiciones acidicas, básicas o neutras. La mezcla seca puede opcionalmente incluir un ajustador de pH y/o un compuesto de aluminio.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Una composición de almidón modificado de acuerdo a la invención se hace al combinar un almidón con un polímero y luego cocinar el almidón combinado y la composición polimérica bajo condiciones acidicas. El cocinado produce grupos aniónicos en el polímero . El almidón es un almidón catiónico o anfotérico el cual puede ser cualquiera de aquellos previamente utilizados en la fabricación de papel, u otros almidones adecuados. De preferencia, el almidón es un almidón catiónico. Los almidones catiónicos pueden derivarse desde cualquiera de los almidones comunes que producen materiales tales como almidón de maíz, almidón de papa, almidón de tapioca y almidón de trigo. La cationización puede lograrse por cualquier procedimiento adecuado, tal como por la adición de cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio, para obtener almidones catiónicos con varios grados de sustitución de nitrógeno. El grado de sustitución catiónica en los almidones (% en peso de nitrógeno/almidón) es de preferencia desde aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.30, y más preferiblemente desde aproximadamente 0.02 a aproximadamente 0.15. Los almidones anfotéricos de origen natural, tales como almidón de papa, o los almidones anfotéricos sintéticos pueden seleccionarse también. El polímero antes del cocinado es un polímero catiónico, aniónico, no iónico o anfotérico, de preferencia catiónico. El polímero catiónico o anfotérico de preferencia tiene un grado de sustitución catiónica desde aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 80% en peso. El polímero contiene grupos aniónicos potenciales, los cuales son grupos que pueden convertirse en grupos aniónicos durante el proceso de cocinado. Ejemplos de grupos aniónicos potenciales incluyen, pero no se limitan a, amida, éster, nitrilo, haluro de acilo, haluro de arilo, haluro de alquilo, haluro acídico, aldehido, alcohol, alquilbenceno, cetona y grupos anhídridos. Ejemplos típicos de polímeros antes del cocinado incluyen, pero no se limitan a, poliacrilamidas, poliésteres y polímeros modificados, para contener grupos tales como aquellos anteriores que incluyen carboximetilcelulosa, celulosa, almidón, cloruro de polidialildimetilamonio (poliDAD AC) , polietilimina, poliepiclorhidrina y polietilenóxido . El polímero después del cocinado incluye grupos aniónicos. Opcionalmente, esta reacción puede beneficiarse en algunos casos por la adición de uno o más aditivos, tales como uno o más reactivos (por ejemplo reactivos de Grignard) . En algunas modalidades, los grupos aniónicos formados durante el cocinado son grupos acidicos, sales de grupos acidicos, o combinaciones de los mismos. Ejemplos de funcionalidades acidicas que pueden contener el polímero incluyen, pero no se limitan a, grupos carboxilicos, sulfúricos, sulfónicos, fosfóricos, fosfúricos, fosfónicos y nítricos y sales de estos grupos. El polímero puede ser un nuevo polímero o un copolímero. Por ejemplo, en una modalidad, el polímero antes del cocinado es poliacrilamida, y el proceso de cocinado convierte una porción de las unidades de acrilamida en unidades de ácido acrílico, resultando en un copolímero del ácido poliacrílico y la poliacrilamida. El almidón combinado y la composición polimérica se cocinan bajo condiciones de pH acidicas (pH 6.99 o menor). En algunas modalidades preferidas, la composición se cocina a un pH desde aproximadamente 4.5 a aproximadamente 6.5. En otras modalidades, la composición se cocina a un pH desde aproximadamente 3 a 6.99. El rango de pH preferido resulta en la producción óptima de los grupos aniónicos en el polímero mientras que minimiza la hidrólisis del almidón. Cualquier proceso de cocinado adecuado puede utilizarse para cocinar el almidón combinado en la composición polimérica. ün horno de lote o un horno continuo, tal como un horno de chorro pueden utilizarse. La composición se cocina usualmente a una temperatura por arriba de aproximadamente 60°C en una solución acuosa. El cocinado de lote generalmente se conduce a una temperatura dentro del rango desde aproximadamente 60 °C a aproximadamente 100 °C, y de preferencia a presión atmosférica. El cocinado de lote mayor que la presión atmosférica puede practicarse, permitiendo de este modo temperaturas de cocinado más elevadas. El cocinado continuo se conduce normalmente a temperaturas dentro del rango desde aproximadamente 60 °C a aproximadamente 130 °C, y de preferencia a 1 atmósfera y presiones más elevadas. Las temperaturas de cocinado más elevadas pueden utilizarse si la descomposición del almidón se evita. El tiempo de cocinado variará con los ingredientes seleccionados, equipo de cocinado y temperatura, pero normalmente estará dentro del rango de menos de un segundo a aproximadamente una hora. El contenido de sólidos durante el cocinado es de preferencia menor de aproximadamente 15%, pero las concentraciones de sólidos más elevadas pueden utilizarse si el mezclado adecuado puede lograrse. El pH de la solución cocinada acuosa puede ajustarse con ácidos convencionales, bases, o sales de ácidos o bases, tales como ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido clorhídrico, dióxido de carbono que produce el ácido carbónico, carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, hidróxido de sodio e hidróxido de potasio. Los compuestos de aluminio, tales como alumbre, cloruro de polialuminio y aluminatos, tales como aluminato de sodio y aluminato de potasio pueden utilizarse para cambiar el pH y/o pueden agregarse para proporcionar otros beneficios. Si el pH de la solución cocinada es mayor que el pKa de los grupos acidicos del polímero, entonces el resultado del proceso será un producto gelatinoso el cual es fácil de utilizarse como un auxiliar de retención u otra aplicación pretendida. Alternativamente, si el pH de la solución cocinada es menor que el pKa de los grupos acidicos, entonces el resultado del proceso será un liquido el cual puede convertirse a un gel a través del incremento subsecuente del pH a más de o igual que el pKa de los grupos acidicos. El pKa de los grupos acidicos puede considerarse que es el pH de la solución en y por debajo del cual los grupos acidicos se protonan predominantemente. El pKa puede expresarse como el logaritmo negativo a la base 10 de la constante Ka de disociación de los grupos acidicos, de acuerdo a la ecuación pKa=-logl0Ka . Por ejemplo, los grupos acidicos acrílicos del ácido poliacrilico tienen generalmente un pKa dentro de un rango desde aproximadamente 3.5 a aproximadamente 7 dependiendo del polímero particular. En otra modalidad de la invención, una composición de almidón modificado se hace al cocinar un almidón y combinar el almidón cocinado con un polímero cocinado, el polímero ha sido cocinado de manera separada desde el almidón. El cocinado produce grupos aniónicos en el polímero. El almidón y el polímero pueden ser cualquiera de aquellos descritos anteriormente. El polímero puede cocinarse bajo cualesquiera condiciones de pH (acídicas, neutras o básicas) para inducir la conversión de al menos una porción de los grupos aniónicos potenciales y en los grupos acídicos, por ejemplo para convertir una porción de los grupos acrilamida de un polímero de poliacrilamida en grupos de ácido acrílico. El proceso de cocinado puede conducirse como se describe anteriormente. La solución polimérica que resulta de este proceso se combina subsecuentemente con una solución de almidón cocinado. El almidón puede también cocinarse bajo cualesquiera condiciones de pH siempre que se evite la hidrólisis. El pH de la solución de polímero/almidón combinada puede seleccionarse para ser menor que el pKa de los grupos acídicos del polímero, por lo que se facilita la mezcla antes de elevar el pH a un nivel mayor que, o igual al pKa de los grupos acídicos e inducir la gelificación . Alternativamente, el pH de la solución del polímero/almidón combinada puede seleccionarse para ser mayor que el pKa de los grupos de ácido acrílico, por lo que se induce la gelificación directamente. El producto gelificado es fácil de utilizar en su aplicación pretendida. Las composiciones de almidón modificadas pueden utilizarse en cualesquiera aplicaciones para las cuales son adecuadas. Normalmente, estas se utilizan como auxiliares clarificantes para remover sólidos u otros materiales suspendidos a partir de dispersiones acuosas, y en particular como auxiliares de retención en la fabricación de papel. Las composiciones de almidón modificado pueden agregarse a cualquier pasta papelera de papel adecuada para mejorar la retención de finos, rellenos y otro material suspendido. La pasta papelera de papel puede contener una variedad de pulpa de madera y rellenos inorgánicos, y normalmente tiene un pfi dentro del rango desde aproximadamente 3 a aproximadamente 10, de este modo. Las pulpas químicas, mecánicas, quimio-mecánicas y semi-químicas pueden utilizarse junto con las arcillas, carbonato de calcio precipitado o molido, dióxido de titanio, sílice, talco y otros rellenos inorgánicos si se desea. Tales rellenos se utilizan normalmente en el nivel de carga de 5% a 30%, como un porcentaje en peso del peso del papel total, pero puede alcanzar niveles tan elevados como 35%, o más elevados, para algunas aplicaciones especializadas . Las composiciones de .almidón modificado, o una pasta papelera de papel que incluye las composiciones de almidón modificado, puede contener también otros aditivos típicos, tales como agentes de encolado interno, agentes de resistencia a la humedad y a la sequedad, biocidas, compuestos de aluminio (tales como alumbre, aluminatos, cloruros de polialuminio, etc.), polímeros catiónicos (auxiliares de retención y floculantes) , polímeros aniónicos y/o adiciones separadas del almidón. Resultados particularmente ventajosos se obtienen por la adición de un coloide aniónico, catiónico o anfotérico, por ejemplo, montmorillonita, bentonita, soles de sílice, soles de sílice modificados con aluminio, soles de silicato de aluminio, ácido polisílicico, microgeles de polisilicato o microgeles de polialuminosilicato, separadamente o en combinación. La invención se relaciona también a una mezcla seca que comprende una mezcla seca de un almidón y una poliacrilamida. La mezcla seca puede contener también un ajustador de pH y/o un compuesto de aluminio. La mezcla seca puede prepararse, trasportarse y almacenarse como una mezcla seca. Cualquier líquido adecuado, tal como agua puede agregarse a la mezcla seca para hacer una solución húmeda adecuada para cocinarse y agregarse como un auxiliar de retención a una pasta papelera de papel. La mezcla seca puede cocinarse bajo condiciones acidicas, básicas o neutras.

EJEMPLOS Las pruebas de retención de ceniza para todos los ejemplos se condujeron utilizando muestras de una pasta papelera a partir de una bandeja mezcladora en un molino, que produce un grado libre de madera recubierta. La pasta papelera estuvo comprendida de 43.7% de papel kraft de madera dura decolorado, 18.8% de papel kraft de madera suave decolorado, 12.5% de fraccionamiento recubierto y 25.0% de carbonato de calcio precipitado. Las dosis se reproducen en fibra de libra/tonelada. Para probar el rendimiento de retención de ceniza, se utilizó un aparato de drenado/retención desarrollado por la Universidad de Maine. Los procedimientos utilizados fueron similares a aquellos descritos en TAPPI estándar T-261.

Ejemplo 1 Este ejemplo demuestra cómo al cocinar el almidón catiónico y una poliacrilamida juntos bajo condiciones acidicas produce mejores valores de retención que agregar los dos químicos de manera separada, pero simultáneamente a una pasta papelera de papel . Se preparó una mezcla comprendida de 12 gramos secos de almidón catiónico Stalok 160 de A.E. Staley con 120 gramos de una solución de 0.125% de poliacrilamida (PAM) catiónica Percol-182 de Ciba Specialty Chemicals (0.15 gramos secos de PAM). Después se agregó 1868 gramos de agua destilada a la mezcla y el pH de la lechada se ajustó a niveles específicos con hidróxido de sodio y ácido clorhídrico. La mezcla se cocinó entonces en un horno de almidón de auto-lote Sensors and Simulations con un ciclo de calentamiento de 20 minutos y un ciclo de cocinado de 30 minutos a 96°C. Después del cocinado, la muestra se enfrió y el pH de la mezcla enfriada se ajustó a un nivel más elevado que el pKa de los grupos de ácido acrílico formados utilizando hidróxido de sodio. En estos experimentos, el pH ajustado varía desde aproximadamente 8.4-8.5. Para propósitos de comparación, se preparó el Stalok 160 como una solución de 0.6% en peso y se cocinó utilizando el mismo procedimiento como se describe anteriormente. La Percol 182 se preparó mezclando 1 gramo de PAM y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante 1 hora. Para todos los experimentos en este ejemplo, se utilizó un producto de sílice coloidal 4 nm de Ondeo Nalco y se preparó mezclando el equivalente de 1 gramo seco de sílice en 799 gramos de agua (solución de 0.125%). La dosis de sílice fue 0.5 libras/toneladas. Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada pero simultáneamente a la pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/toneladas y 0.25 libras/toneladas respectivamente. Las mezclas de almidón/PAM se agregaron a la pasta papelera de papel a proporción de 20 libras/toneladas. Los resultados retención de ceniza se muestran posteriormente en la Tabla Tabla 1 Experimento pH ajustado Retención de después del ceniza cocinado Adición Separada de Almidón y PAM 60.1 (Control) Almidón y Pam cocinados juntos a pH 4 8.34 62.1 Almidón y Pam cocinados juntos a pH 5 8.48 65.3 Almidón y Pam cocinados juntos a pH 6 8.37 68.9 Los resultados muestran claramente que la retención de ceniza puede mejorarse significativamente cocinando el almidón catiónico y la PAM catiónica juntos bajo condiciones acidicas .

Ejemplo 2 El Ejemplo 2 demuestra que el rendimiento de retención de ceniza de la invención puede mejorarse por la adición de un compuesto que contiene aluminio, tal como aluminato de sodio, a la pasta papelera para la fabricación de papel. Se preparó una mezcla de almidón/PAM combinando 12 gramos secos de almidón catiónico Stalok 160 con 120 gramos de una solución al 0.125% de poliacrilamida catiónica Percol- 182 (0.15 gramos secos de PAM). Después, se agregó 1868 gramos de agua destilada a la mezcla y el pH de la lechada se ajustó a 5.01 con hidróxido de sodio. La mezcla se cocinó entonces en el horno de lote con un ciclo de calentamiento de 20 minutos y un ciclo de cocinado de 30 minutos a 96°C. Después del cocinado, la muestra se enfrió y el pH de la mezcla cocinada se ajustó con hidróxido de sodio a un nivel más elevado que el pKa de los grupos de ácido acrilico formados (en este experimento el pH final fue 8.24) . Para propósitos de comparación se preparó el Stalok 160 a una solución de 0.6% en peso y se cocinó utilizando el mismo procedimiento descrito anteriormente . Se preparó la Percol 182 mezclando 1 gramo de P-182 y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante 1 hora. Para todos los experimentos en este ejemplo, se utilizó un producto de sílice coloidal de 4 nm de Ondeo Nalco y se preparó mezclando el equivalente de 1 gramo seco de sílice en 799 gramos de agua (solución de 0.125%). La dosis de sílice fue 0.5 libras/tonelada. Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada, pero simultáneamente a una pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/toneladas y 0.25 libras/toneladas respectivamente. Las mezclas de almidón/PA se agregaron a la pasta papelera de papel a una proporción de 20 libras/toneladas. Los resultados de retención de ceniza se muestran posteriormente en la Tabla 2. Tabla 2 Retención de Ceniza Dosis de NaAL02, Almidón y PAM Almidón y PAM libras/tonelada agregados de manera Cocinados Juntos separada 0 59.2 62.7 1 60.6 62.8 2 63.3 65.2 Los resultados muestran que la adición del aluminato de sodio a la pasta papelera de papel mejora el rendimiento de retención de ceniza. La Tabla 2 muestra también que la retención de ceniza más elevada se logra cuando se cocina el almidón y la PAM juntos, que al agregar el almidón y la PAM de manera separada y simultáneamente.

Ejemplo 3 El Ejemplo 3 demuestra el efecto al variar la dosis de una coloide inorgánica, bentonita, en la retención de ceniza cuando se utiliza con una mezcla de almidón catiónico cocinado/PAM catiónica. Se preparó una mezcla de almidón/PAM mezclando en seco 12 gramos secos de almidón catiónico Stalok 160 con 0.15 gramos de poliacrilamida catiónica Percol-182.

Después, se agregó 1987.85 gramos de agua destilada a esta mezcla y el pH de la lechada se ajustó a 5.43 con hidróxido de sodio. La lechada se agitó durante 10 minutos, luego se dejó reposar durante 2 horas. La mezcla se cocinó entonces en el horno de lote con un ciclo de calentamiento de 20 minutos y un ciclo de cocinado de 30 minutos a 96°C. Después del cocinado, la muestra se enfrió y el pH de la mezcla cocinada se ajustó con hidróxido de sodio a un nivel más elevado que el pKa de los grupos de ácido acrilico formados (en este experimento el pH final fue 7.6). Para propósitos de comparación, se preparó Stalok 160 en una solución de 0.6% en peso y se cocinó utilizando el mismo procedimiento descrito anteriormente. La Percol 182 se preparó mezclando 1 gramo de PA y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante 1 hora. La bentonita utilizada en el experimento, Hydrocol 2D6 de Ciba Specialty Chemicals, se preparó mezclando 15 gramos de polvo de bentonita y 235 gramos de agua para resultar en una lechada de 6% de sólidos. Las dosis de bentonita variaron desde 0 a 6 libras/toneladas. Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada pero simultáneamente a la pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/tonelada y 0.25 libras/tonelada respectivamente. Las mezclas de almidón/PAM se agregaron a la pasta papelera de papel a una proporción de 20 libras/tonelada. Los resultados de retención de ceniza se muestran posteriormente en la Tabla 3. Tabla 3 Retención de Ceniza Dosis de Bentonita, Almidón y PAM Almidón y PAM libras/tonelada agregados de manera Cocinados Juntos* separada 0 56.2 58.3 2 57.4 60.0 4 59.0 63.7 6 61.7 65.0 Los resultados muestran que la adición de bentonita de la pasta papelera de papel mejoran el rendimiento de retención de ceniza, con el incremento de rendimiento más elevado visto cuando se utiliza con la mezcla de almidón/PAM. La Tabla 3 muestra de nuevo que la retención de ceniza más elevada se logra cuando se cocina el almidón y la PAM juntos, que al agregar el almidón y la PAM de manera separada y simultáneamente .

Ejemplo 4 El Ejemplo 4 demuestra la importancia del ajuste del pH después del ácido, cocinando una mezcla de almidón catiónico y PAM catiónica. En este ejemplo, una mezcla de almidón catiónico/PAM catiónica se cocinó bajo condiciones acidicas por debajo del pKa de los grupos de ácido acrilico formados y otra mezcla se cocinó a un pH más elevado que el pKa de los grupos de ácido acrilico formados . El pH de cada mezcla no se ajustó después del cocinado. Se preparó una mezcla de almidón/PAM comprendida de 12 gramos de almidón catiónico Stalok 160 con 120 gramos de una solución al 0.125% de poliacrilamida catiónica Percol-182 (0.15 gramos secos de PAM). Después, se agregó 1868 gramos de agua destilada a la mezcla, y el pH de la lechada se ajustó a 4.45 con ácido clorhídrico. La mezcla se cocinó entonces en el horno de lote con un ciclo de calentamiento de 20 minutos y un ciclo de cocinado de 30 minutos a 96°C. Después del cocinado, el pH de la mezcla de almidón/PAM fue 4.75. Se preparó una segunda mezcla de almidón/PAM en la misma forma, pero con el pH de la mezcla ajustado a 6.54 con hidróxido de sodio antes del cocinado. El pH después del cocinado se midió para ser 7.57. Para propósitos de comparación, el Stalok 160 se preparó en una solución de 0.6% en peso y se cocinó utilizando el mismo procedimiento descrito anteriormente. La Percol 182 se preparó mezclando 1 gramo de P-182 y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante 1 hora.

Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada pero simultáneamente a la pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/tonelada y 0.25 libras/tonelada respectivamente. Las mezclas de almidón/PAM se agregaron a la pasta papelera de papel a una proporción de 20 libras/tonelada. No se utilizaron sílice coloidal o micro-partículas de bentonita en este ejemplo. Los resultados de retención de ceniza se muestran posteriormente en la Tabla 7. Tabla 4 Experimento Retención de Ceniza Adición Separada de Almidón y PAM (Control) 66.5 Almidón y PAM cocinados juntos a pH 4.5 65.2 Almidón y PAM cocinados juntos a pH 6.5 68.4 La tabla muestra que el cocinado acídico de una mezcla de almidón catiónico y PAM catiónica resulta solamente en la retención mejorada al agregar los químicos separadamente a la pasta papelera cuando el pH final de la mezcla cocinada es mayor que, o se ajusta para ser mayor que, el pKa de los grupos de ácido acrílico de la PAM modificada.

Ej emplo 5 El Ejemplo 5 demuestra los efectos de utilizar una base convencional y un compuesto de aluminio para un ajuste de H después del cocinado acidico de la mezcla de almidón catiónico/PAM catiónica. Se preparó una mezcla de almidón/PAM que comprende 12 gramos secos de almidón catiónico Stalok 160 con 120 gramos de una solución de 0.125% de poliacrilamida catiónica Percol-182 (0.15 gramos secos de PAM). Después, se agregó 1868 gramos de agua destilada a la mezcla y el pH de la lechada se ajustó a 5.02 con hidróxido de sodio. La mezcla se cocinó entonces en el horno de lote con un ciclo de calentamiento de 20 minutos y un ciclo de cocinado de 30 minutos a 96°C. Después del cocinado, la mezcla de almidón/PAM se enfrió y dividió en dos muestras. Los valores de pH de las dos muestras se ajustaron a niveles más elevados que el pKa de los grupos de ácido acrilico de la PAM, uno con hidróxido de sodio y el otro con aluminato de sodio a valores de pH de 9.55 y 9.45, respectivamente. Para propósitos de comparación, se preparó el Stalok 160 como una solución de 0.6% en peso y se cocinó utilizando el mismo procedimiento descrito anteriormente. La Percol 182 se preparó mezclando 1 gramo de P-182 y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante 1 hora. Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada pero simultáneamente a la pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/tonelada y 0.25 libras/tonelada respectivamente. Las mezclas de almidón/??? se agregaron a la pasta papelera de papel en una proporción de 20 libras/tonelada. La sílice coloidal o las micro-particulas de bentonita no se utilizaron en este ejemplo.

Tabla 5 Experimento Retención de Ceniza Adición Separada de Almidón y PAM (Control) 60.7 Ajuste del pH de la Mezcla de Almidón Cocinado/PAM con NaOH 63.1 Ajuste del pH de la Mezcla de Almidón Cocinado/PAM con NaA102 62.4 Los resultados mostrados en la Tabla 5 indican que al utilizar ya sea hidróxido de sodio o aluminato de sodio para el ajuste del pH de la mezcla de almidón catiónico/PAM catiónica cocinados acídicos resulta en retención de ceniza incrementada por arriba de la PAM y el almidón separadamente agregados .

Ej emplo 6 El Ejemplo 6 demuestra los efectos de utilizar una base convencional y un compuesto de aluminio para el ajuste del pH antes del cocinado acídico de la mezcla de almidón catiónico/PA catiónica. Se preparó una mezcla de almidón/PAM que comprende 12 gramos secos de almidón catiónico Stalok 160 con 120 gramos de una solución al 0.125% de la poliacrilamida catiónica Percol-182 (0.15 gramos secos de PAM). Enseguida, se agregó 1868 gramos de agua destilada a la mezcla y el pH de la lechada se ajustó a 5.50 con hidróxido de sodio. La mezcla se cocinó entonces en el horno de lote con un ciclo de calentamiento de 20 minutos y un ciclo de cocinado de 30 minutos a 96°C. El pH de la mezcla cocinada se ajustó a 7.34 utilizando hidróxido de sodio. Se preparó una segunda mezcla de almidón/PAM como lo anterior, pero con el pH ajustado a 5.61 con aluminato de sodio antes del cocinado. La mezcla se cocinó entonces como se describe anteriormente. Después del cocinado, la mezcla de almidón/PAM se enfrió y se dividió en dos muestras. Los valores de pH de las dos muestras se ajustaron a niveles más elevados que el pKa de los grupos de ácido acrilico de la PAM modificada, uno con hidróxido de sodio y el otro con aluminato de sodio a valores de pH de 7.18 y 7.46, respectivamente . Para propósitos de comparación, se preparó el Stalok 160 a una solución del 0.6% en peso y se cocinó utilizando el mismo procedimiento descrito anteriormente. Se preparó la Percol 182 mezclando un gramo de la PAM y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante 1 hora. Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada, pero simultáneamente a la pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/tonelada y 0.25 libras/tonelada respectivamente. Las mezclas de almidón/PAM se agregaron a la pasta papelera de papel a una proporción de 20 libras/tonelada. La sílice coloidal o micro-partículas de bentonita no se utilizaron en este ejemplo.

Tabla 6 Experimento Retención de Ceniza Adición Separada de Almidón y PAM (Control) 65.4 Mezcla de Almidón/PAM (NaOH antes del 69.3 cocinado/NaOH después del cocinado Mezcla de Almidón/PAM (NaAI02 antes del 69.7 cocinado/NaOH después del cocinado Mezcla de Almidón/PAM (NaAI02 antes del 69.0 cocinado/NaAI02 después del cocinado) Los resultados mostrados en la Tabla 6 indican que utilizar cualquier hidróxido de sodio o aluminato de sodio para el ajuste del pH antes de cocinar una mezcla de almidón catiónico/PAM catiónico resulta en resultados de retención de ceniza incrementados por arriba de la PAM y el almidón separadamente agregados .

Ejemplo 7 El Ejemplo 7 demuestra que cocinar separadamente una PAM catiónica bajo condiciones acídicas, neutras y alcalinas para crear grupos de ácido acrilico; y agregar luego la PAM modificada a un almidón catiónico cocinado, resulta en retención de ceniza mejorada. La PAM modificada se introduce al almidón en cualquiera de los dos métodos . El primero consiste de mezclar la PAM cocinada y el almidón cocinado bajo condiciones neutras o alcalinas de manera que el pH de la mezcla resultante es mayor que el pKa de los grupos de ácido acrilico. El segundo método implica mezclar la PAM modificada y el almidón cocinado bajo condiciones acidicas de manera que el pH de la mezcla esté debajo del pKa de los grupos de ácido acrilico de la PAM. Una vez mezclado, el pH de la mezcla se eleva a un nivel más elevado que el pKa de los grupos de ácido acrilico. Se preparó una mezcla de almidón catiónico (Stalok 160) en sólidos al 0.6% y se cocinó como se describe en el Ejemplo 1. Se enfrió el almidón cocinado, y luego se dividió en dos muestras. El pH del primer lote se ajustó a 9.05 con hidróxido de sodio y el pH de la segunda muestra se ajustó a 3.45 con ácido clorhídrico. Tres muestras de Percol 182 se prepararon hidratando 1.875 gramos secos de PAM en 1498.125 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante una hora. El pH de una muestra de PAM se ajustó con una muestra de ácido clorhídrico a un pH de 4.95. Las dos muestras de la PAM restantes se ajustaron con idróxido de sodio a valores de pH de 7.14 y 8.60. Cada una de las tres muestras de la PAM se cocinaron en el horno de lote como se describe en el Ejemplo 1. Después que se cocinaron las muestras de la PAM, éstas se dividieron en dos muestras para cada pH cocinado. Para cada uno de los experimentos de pH de cocinado de PAM, una mitad de la muestra cocinada fue el pH ajustado a aproximadamente 3.5 con ácido clorhídrico. La segunda mitad de las muestras de PAM cocinadas fueron sin el pH ajustado. Las mezclas de almidón cocinado/PAM cocinada se prepararon mezclando 400 gramos de almidón cocinado al 0.6% y 24 gramos de PAM cocinada al 0.125%. Se prepararon un total de 5 mezclas. La Tabla 7 resume las mezclas preparadas. Tres de las mezclas se hicieron mezclando el almidón cocinado con un pH de 9.05 con las poliacrilamidas cocinadas que no tuvieron el pH ajustado. Se prepararon otras dos mezclas mezclando el almidón cocinado con el pH de 3.45 y las poliacrilamidas cocinadas con el pH acidico. Las mezclas que se mezclaron bajo condiciones acidicas entonces tuvieron su pH elevado con hidróxido de sodio a un nivel más elevado que el pKa de los grupos de ácido acrilico de la PAM. Para propósitos de comparación, se preparó la Percol 182 mezclando un gramo de P-182 y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos, y luego se dejó reposar durante una hora.

Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada pero simultáneamente a la pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/tonelada y 0.25 libras/tonelada respectivamente. Se agregaron las mezclas de almidón/PAM a la pasta papelera de papel a una proporción de 20 libras/tonelada. No se utilizaron sílice coloidal o micro-partículas de bentonita en este ejemplo. Los resultados de retención de ceniza se presentan en la Tabla 8.

Tabla 7 Stalok 160 Cocinado PH del almidón cocinado ajustado a PH del almidón cocinado ajustado a 9.05 (Almidón A) 3.45 (Almidón B) Poliacrilamida Ce teinada a pH 4.95 PH de la PAM cocinado no ajustada (PAM A) Poliacrilamida Cocinada a pH 7.14 PH de la PAM cocinada no ajustada PH de la PAM cocinada ajustada a (PAM B) 3.5 (PAM C) Poliacrilamida cocinada a pH 8.60 PH de la PAM cocinada no ajustada PH de la PAM cocinada ajustada a (PAM D) 3.5 (PAM E) Mezcla 1 de Almidón Cocinado/PAM Mezcla de Almidón A y PAM A cocinada Mezcla 2 de Almidón Cocinado/PAM Mezcla de Almidón A y PAM B Cocinada Mezcla 3 de Almidón Cocinado/PAM Mezcla de Almidón A y PAM D Mezcla 4 de Almidón Cocinado/PAM Mezcla de Almidón B y PAM C; pH cocinada de la mezcla incrementado a 8.5 Mezcla 5 de Almidón Cocinado/PAM Mezcla de Almidón B y PAM 3; pH cocinada de la mezcla incrementando a 8.5 Tabla 8 Experimento Retención de Ceniza día 1 60.6 Adición Separada de Almidón y PAM (Control) Mezcla 1 62.6 Día 2 Adición Separada de Almidón y PAM (Control) 62.4 Mezcla 2 64.6 Mezcla 4 64.0 Mezcla 3 67.9 Mezcla 5 68.2 Los resultados presentados en la Tabla 8 muestran que la retención incrementada por arriba de la adición separada del almidón y la PAM pueden lograrse mezclando almidón cocinado y PAM cocinada ácida, alcalina o neutra bajo cualesquiera condiciones acidicas o alcalinas. Ej emplo 8 El Ejemplo 8 demuestra que las lechadas de almidón cocinadas/PAM preparadas a partir de un producto de mezcla seca comprendido de almidón catiónico, poliacrilamida catiónica y potencialmente diversas especies acídicas secas o básicas producen mejores valores de retención que al agregar los dos químicos de manera separada, pero simultáneamente a una pasta papelera de papel. Las mezclas de almidón/PAM se cocinaron bajo condiciones acídicas, neutras y alcalinas. Este ejemplo demuestra también que las mezclas de almidón/PAM pueden cocinarse a temperaturas más elevadas tales como aquellas utilizadas en condiciones industriales. En la primera serie de experimentos, dos mezclas secas de almidón/PAM se prepararon mezclando para cada una, 60 gramos secos de Stalok 160 y 0.175 gramos de PAM. Para una de las mezclas secas, 0.5 gramos de carbonato de sodio se agregó para ajustar el pH. Una muestra seca de 60 gramos de Stalok 160 se midió también para el control. Las tres mezclas secas se hidrataron cada una en agua destilada suficiente para igualar 6% de sólidos. Las lechadas se mezclaron durante 10 minutos, luego se dejaron reposar durante 2 horas. El pH de la mezcla de almidón/PAM y la mezcla de almidón/PAM/Na2C03 fueron 4.09 y 9.09 respectivamente. El almidón control y las dos mezclas se cocinaron entonces en un horno de chorro de banco superior a 120 °C. Después de cocinar el pH de la mezcla acídica, se ajustó a 7.61 utilizando aluminato de sodio. El pH de la mezcla alcalina fue 8.96 después de cocinar sin hacer el ajuste del pH adicional. Para la segunda serie de experimentos, dos mezclas secas de almidón/PAM se preparan mezclando cada una, 12 gramos secos de Stalok 160 y 0.15 gramos de PAM. A una de las mezclas secas, se agregó 0.04 gramos de bicarbonato de sodio para ajustar el pH, a la segunda mezcla se agregó 0.025 gramos de carbonato de sodio. Una muestra seca de 12 gramos de Stalok 160 se midió también para el control. Las tres mezclas secas se hidrataron cada una en suficiente agua destilada para igualar los sólidos al 0.6%. Las lechadas se mezclaron durante 10 minutos, luego se dejaron reposar durante 2 horas. El pH de la mezcla de almidón/PAM/NaHC03 y la mezcla de almidón/PAM/Na2C03 fueron 6.45 y 6.87 respectivamente. Las tres lechadas se cocinaron entonces en un horno de almidón de auto-lote Sensors and Simulations con un ciclo de calentamiento de 20 minutos y un ciclo de cocinado de 30 minutos a 96°C. Después de cocinar el pH de la mezcla de almidón/PAM/NaHC03 y el almidón/PAM/Na2C03 fueron 7.23 y 7.41 respectivamente. Para el control, se preparó Percol 182 mezclando un gramo de P-182 y 799 gramos de agua bajo agitación durante 10 minutos y luego se dejó reposar durante una hora. Para los experimentos control, el almidón y la PAM se agregaron de manera separada pero simultáneamente a la pasta papelera de papel en una dosis de 20 libras/tonelada y 0.25 libras/tonelada respectivamente. Las mezclas de almidón/PAM se agregaron a la pasta papelera de papel a una proporción de 20 libras/tonelada. No se utilizaron sílice coloidal o micro-particulas de bentonita en este ejemplo. Los resultados de retención de cenizas se muestran posteriormente en la Tabla 9. Tabla 9 Experimento Retención de Ceniza Día 1 (cocinado a chorro) Adición Separada de Almidón y PAM (control) 57.5 Mezcla de Almidón/PAM 62.5 Mezcla de Almidón/PAM/Na2C03 62.4 Día 2 (cocinado en lote) Adición Separada de Almidón y PAM (Control) 67.0 Mezcla de Almidón/PAM/NaHC03 70.4 Mezcla de Almidón/PAM/Na2C03 70.8 Los resultados mostrados en la Tabla 9 indican que cocinar una mezcla de almidón catiónico/??? catiónica preparada a partir de varias mezclas secas resulta en retención de ceniza incrementada por arriba de la PAM y el almidón agregados de manera separada. Los resultados sugieren que la mezcla de almidón/PAM puede prepararse exitosamente en varios valores de pH, temperaturas de cocinado y con varios aditivos de control de pH seco.

Claims (23)

1. REIVINDICACIONES 1. Una pasta papelera que comprende una dispersión acuosa de fibras celulósicas, partículas de relleno y una composición de almidón modificado, la composición de almidón modificado hecha al combinar un almidón con un polímero y cocinando el almidón combinado y la composición polimérica bajo condiciones acídicas, el cocinado produce grupos aniónicos en el polímero.
2. 2. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 1, en donde los grupos aniónicos se seleccionan del grupo que consiste de grupos acídicos, sales de grupos acídicos y combinaciones de los mismos.
3. 3. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 2, en donde el polímero antes del cocinado es una poliacrilamida catiónica, aniónica, anfotérica o no iónica, y en donde el cocinado produce grupos de ácido acrílico en el polímero.
4. 4. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 1, que incluye además un compuesto de aluminio combinado con la composición de almidón antes de cocinar la composición de almidón.
5. 5. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 1, que incluye además un coloide inorgánico y/u orgánico.
6. 6. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 1, que incluye además un compuesto de aluminio .
7. 7. Una pasta papelera que comprende una dispersión acuosa de fibras celulósicas, partículas de relleno y una composición de almidón modificado, la composición de almidón modificado hecha cocinando un almidón y combinando el almidón cocinado con un polímero cocinado, el cocinado produce grupos aniónicos en el polímero, y el polímero ha sido cocinado de manera separada desde el almidón.
8. 8. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 7, en donde los grupos aniónicos se seleccionan del grupo que consiste de grupos acídicos, sales de grupos acídicos y combinaciones de los mismos.
9. 9. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 7, en donde el polímero antes del cocinado es una poliacrilamida catiónica, aniónica, anfotérica o no iónica, y en donde el cocinado produce grupos de ácido acrílico en el polímero.
10. 10. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 7, que incluye además un compuesto de aluminio combinado con el almidón antes de cocinar el almidón,
11. 11. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 7, que incluye además un coloide inorgánico y/u orgánico.
12. 12. Una pasta papelera de acuerdo a la reivindicación 7 , que incluye además un compuesto de aluminio.
13. 13. Un método para realizar una composición de almidón modificado, el método comprende combinar un almidón con un polímero para formar una composición de almidón, y cocinar la composición de almidón bajo condiciones acídicas, el cocinado produce grupos aniónicos en el polímero.
14. 14. Un método de acuerdo a la reivindicación 13, en donde los grupos aniónicos son grupos acídicos, en donde la composición de almidón modificado tiene un pH menor que el pKa de los grupos acídicos, y en donde el método comprende una etapa adicional para elevar el pH de la composición de almidón modificado a un nivel más elevado que o igual al pKa de los grupos acídicos.
15. 15. Un método de acuerdo a la reivindicación 13, en donde los grupos aniónicos son grupos acídicos, y en donde la. composición de almidón modificado tiene un pH mayor que el pKa de los grupos acídicos.
16. 16. ün método de acuerdo a la reivindicación 13, que comprende una etapa adicional de combinar un compuesto de aluminio con la composición de almidón antes de cocinar la composición de almidón.
17. 17. Un método para realizar una composición de almidón modificado, el método comprende cocinar un almidón, cocinar un polímero de manera separada a partir de un almidón, y combinar el almidón cocinado con el polímero cocinado, el cocinado produce grupos aniónicos en el polímero .
18. 18. Un método de acuerdo a la reivindicación 17, en donde los grupos aniónicos son grupos acídicos, en donde la composición de almidón modificado tiene un pH inferior que el p a de los grupos acídicos, y en donde el método comprende una etapa adicional para elevar el pH de la composición de almidón modificado a un nivel mayor que, o igual al pKa de los grupos acídicos.
19. 19. Un método de acuerdo a la reivindicación 17, en donde los grupos aniónicos son grupos acídicos, y en donde la composición de almidón modificado tiene un pH mayor que el pKa de los grupos acídicos.
20. 20. Un método de acuerdo a la reivindicación 17, que comprende una etapa adicional para combinar un compuesto de aluminio con el almidón antes de cocinar el almidón.
21. 21. Una mezcla seca que comprende una mezcla seca de almidón y poliacrilamida, la cual puede cocinarse bajo condiciones acídicas, básicas o neutras.
22. 22. Una mezcla básica de acuerdo a la reivindicación 21, que incluye además un pH que controla el aditivo .
23. 23. Una mezcla seca de acuerdo a la reivindicación 21, que incluye además un compuesto de aluminio.