PT1392919E - Polímero e seu uso na produção de papel e cartão - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "POLÍMERO E SEU USO NA PRODUÇÃO DE PAPEL E CARTÃO" Âmbito da invenção A invenção relaciona-se com a química de aditivos para fabrico de papel. Em particular, a invenção relaciona-se com um polímero estabilizado com um polissacárido e sendo geralmente usado como um aditivo na produção de papel.

Antecedentes da Invenção Vários aditivos para fabrico de papel são usados para melhorar as propriedades do papel.

Os aditivos solúveis em água tais como poliamidas, resinas de poliamida-epiclorohidrinas, resinas de melamina, resinas de ureia-formaldeído, poliacrilamidas, assim como preferivelmente amido em conjunto com os seus derivados são usados para melhorar as propriedades de resistência. 0 amido é uma matéria-prima vantajosa e preferida de origem natural. A quantidade de amido necessária para melhorar as propriedades de resistência é relativamente grande.

Como a fibra de madeira é de carácter aniónico, o amido natural tem uma afinidade relativamente baixa para aquela. Deste modo, o amido tem sido quimicamente modificado na direcção catiónica. 0 amido é cationizado ligando substituintes com um grupo de azoto iónico, tal como grupos de amónio primário, secundário, terceário ou quaternário, à estrutura central de hidrato de carbono. Como medida do carácter catiónico, é usada a taxa relativa de unidades de glucose substituídas e não substituídas, i.e. um grau de 2 substituição. 0 carácter catiónico pode também ser expresso como uma percentagem da quantidade de azoto iónico com base no peso do amido substituído.

As propriedades de resistência do papel, as propriedades de resistência em húmido e em seco são para ser consideradas separadamente. As propriedades de resistência a seco são geralmente melhoradas adicionando ligações de hidrogénio aos grupos OH da fibra. Os aditivos de resistência do papel deste tipo incluem polímeros hidrofílicos, solúveis em água tais como amido, carboximetilcelulose ou polímeros sintéticos. Estes incluem poliacrilamidas das quais são usadas as aniónicas, catiónicas e amfotéricas. 0 seu uso é limitado devido ao preço relativamente elevado. 0 termo "resistência em húmido" significa geralmente a resistência de um papel acabado quando este se molha, resistência essa que é obtida pela formação de ligações covalentes entre as fibras. Esta propriedade é importante quando se fabrica papel e.g. para papel de filtro ou papel de cozinha, e pode ser obtida através de reacções entre as fibras e os aditivos a uma temperatura elevada da secção de secagem de uma máquina de papel. Outra resistência em húmido, a resistência de uma trama húmida durante a produção de papel é de grande importância para a operabilidade da máquina, especialmente quando se prossegue para uma secção de secagem, porque a trama foi completamente apoiada até a esse ponto. Tem sido tentado melhorar esta propriedade principalmente aumentando o conteúdo de sólidos secos da trama na secção de prensa.

Com vista a combinar as propriedades das poliacrilamidas e dos amidos para melhorar a resistência em húmido do papel, 3 têm sido preparados produtos nos quais a acrilamida ou metacrilamida e um ácido orgânico insaturado são polimerizados na presença de amido. Deste modo é formado amido ao qual foram ligadas cadeias laterais polimerizadas. 0 amido é preferencialmente catiónico, tendo tipicamente um grau de substituição de 0,01 - 0,70. O pedido de patente Japonesa JP 2-26944 divulga um polimero de uma acrilamida ou metacrilamida e ácido de metacrilamida, preparado numa solução aquosa contendo um polissacárido catiónico. Para além da resistência à tracção, têm sido feitas tentativas de melhorar a resistência ao rasgamento. O carácter catiónico do polissacárido é baixo, e o conteúdo em azoto é 0,4%. Numa forma de realização, um produto é preparado polimerizando 50 - 95 mol-% de (met)acrilamida e 5 - 50 mol% de um ácido carboxilico a,β-insaturado numa solução aquosa contendo 40 - 90 partes por peso de um polissacárido catiónico. Numa forma de realização adicional, um componente vinilico para ser polimerizado está totalmente na forma de amida, e após a polimerização, parte dos grupos amida são hidrolizados em grupos carboxilicos. 0 objectivo do pedido de patente Japonesa JP 3-213597 é reduzir a fractura de dobragem do papel e do cartão. A referida publicação descreve um aditivo anfotérico para o fabrico de papel, o qual foi preparado por polimerização de 30 - 96 mol-% de metacrilamida ou acrilamida e 4 - 50 mol% de um ácido carboxilico a,β-insaturado ou seu sal na presença de amido catiónico, a solução aquosa contendo 20 -90 partes por peso de amido catiónico. O efeito tem sido referido como sendo devido a uma taxa relativa vantajosa de grupos catiónicos do amido em relação aos grupos aniónicos 4 do ácido carboxílico, devido ao qual o produto é fortemente adsorvido à pasta de papel.

Nos pedidos de patente descritos acima, o número de cadeias laterais do amido formadas é grande em relação ao número de grupos catiónicos, porque foi usado amido pouco catiónico.

Deste modo, os aditivos são usados na produção de papel para melhorar o complexo de fibra e um ligando. 0 escorrimento do papel numa máquina pode ser melhorado por agentes melhoradores da resistência em húmido da trama. A presente invenção relaciona-se particularmente com a resistência húmida de uma trama, i.e. com a resistência de uma trama de papel ou de cartão durante a produção com um conteúdo de sólidos secos de cerca de 20 - 60%.

Divulgação da invenção

Após pesquisas intensivas encontrámos um copolímero estabilizado por um polissacárido catiónico para ser um aditivo vantajoso na produção de papel e cartão, no qual um copolimero de acrilamida ou metacrilamida, ácido carboxílico vinílico e opcionalmente outros monómeros vinílicos, e.g. alquilaminoacrilato ou metacrilato, são usados como monómeros.

Verificámos que para as propriedades de resistência, uma proporção muito menor dos números de cadeias laterais dos grupos catiónicos é vantajoso comparado a técnica anterior descrita acima, porque um polissacárido tendo um carácter catiónico mais alto fornece estabilidade melhorada. O aditivo de acordo com a invenção melhora para além da resistência em húmido de uma trama, também a resistência de 5 superfície do produto. A resistência de superfície é de particular significado para os papéis de impressão.

Para a preparação de um aditivo para fabrico de papel e cartão de acordo com a invenção definida na reivindicação 1, é usado um polissacárido tendo um forte carácter catiónico, o qual está pronto a usar numa solução aquosa, e não é necessário um longo tempo de cozimento. 0 grau de substituição do polissacárido catiónico é cerca de 0,02 -0,05. O polissacárido usado é preferencialmente amido degradado. O amido pode ser qualquer amido conhecido, e.g., amido de batata, milho, milho ceroso, cevada, trigo ou de tapioca. Para além do amido, outros polissacáridos úteis são e.g. dextrina, amilopectina, amilose e manose.

Adicionalmente, monómeros vinílicos são usados no produto de acordo com esta invenção. A proporção dos monómeros calculada no conteúdo de sólidos secos das matérias primas é não mais que cerca de 30%, preferencialmente abaixo de 20%. Para além do mais, pelo menos cerca de 95% da quantidade molar do componente monómero é amido.

Na preparação do produto de acordo com a invenção, iniciadores de polimerização e agentes de ajuste de pH são usados conforme conhecido na técnica. Iniciadores adequados são e.g. sais de cério, persulfatos, hidroperóxidos sozinhos ou em conjunto com um sal de metal redutor, ou compostos azo. A seguir a invenção é descrita por meio de exemplos.

Exemplo 1 6

Preparação de um aditivo para produção de papel de acordo com a invenção

Amido catiónico (solução aquosa a 20%) 860,0 g Água 55,0 g Ácido acrílico (solução aquosa a 80%) 1,2 g Acrilamida (solução aquosa a 50%) 38,0 g Hidroperóxido de tert-butilo 5,3 g Água 18,3 g Metabissulfito de sódio 3,9 g Água 18,3 g

Conteúdo em sólidos secos 20,0%

Quantidade total 1000,0 g O amido catiónico tem um grau de substituição de 0,20; a cationização foi realizada usando um composto de amónio quaternário. O amido catiónico e a água são misturados em conjunto num reactor. O pH da solução é ajustado para 7 usando ácido acético, e são adicionados 20% de ambas as soluções aquosas de hidroperóxido de tert-butilo e de metabissulfito de sódio. A temperatura é aumentada para 60°C, e é arranjada uma atmosfera de azoto no reactor ao longo da duração da reacção. A adição do ácido acrílico e da acrilamida é iniciada, a adição mantendo-se durante um período de 120 minutos.

Ao mesmo tempo, a adição da quantidade restante de solução de hidroperóxido de tert-butilo e de metabissulfito de 7 sódio é iniciada, a adição mantendo-se durante um periodo de 50 minutos.

Após as adições, a reacção continua durante 120 minutos a 60°C sob agitação. A reacção pode ser iniciada por vários iniciadores, como no exemplo acima por um par reagente oxidação-redução, o qual inclui i.a. um par sulfato de cobre-peróxido de hidrogénio, ou e.g. por um sal de cério. O catalisador pode ser também um persulfato ou outro catalisador comummente usado em polimerização de emulsão.

Exemplo 2

Ensaio das folhas de papel

Neste teste, foram usados uma pasta de papel para fabrico de papel à base de pasta química, pasta mecânica, e resíduos de uma fábrica de papel e um molde laboratorial de papel. As folhas são preparadas com um peso de 60 g/m2. A adição de aditivos (amido catiónico ou o produto de acordo com o exemplo 1) foi realizada em kg por ton de pasta de papel seca.

Ponto de controlo 1 2 3 4 5 Resistência à tracção em húmido kNm/kg Controlo 0 1,92 Amido catiónico 1 1,82 Amido catiónico 3 1,93 Produto do Exemplo 1 1 2,12 Produto do Exemplo 1 3 2,13 8 A resistência à tracção em húmido foi determinada recentemente em folhas molhadas (cerca de 35% de sólidos secos).

Uma tira de papel foi puxada de um dispositivo medidor a velocidade constante (50 mm/min) e foi registada a força de tracção necessária para causar fractura do papel.

Os resultados mostram que o produto de teste de acordo com a invenção melhora a força de tracção das folhas enquanto que o amido catiónico sozinho não.

Exemplo 3

As folhas de laboratório são preparadas a partir da pasta de papel consistindo em 80% de pasta mecânica e 20% de pasta química. As adições dos aditivos são dadas em kg/t. No Exemplo, as folhas testadas são preparadas usando um molde de fazer folhas orientador das fibras em que a direcção da máquina (DM) e a direcção transversal (DT) podem ser distinguidas.

Ponto de controlo 1 2 3 4 Resistência à tracção em húmido DM kNm/kg Resistência à tracção em húmido DT kNm/kg Amido catiónico + glioxal 1 + 1 2, 06 1,35 Amido catiónico 3 2,26 1,35 Produto do exemplo 1 + glioxal 1 + 1 3,32 1,67 Produto do exemplo 1 3 3,21 1,46 9

Pode ver-se que o produto de acordo com a invenção melhora significativamente a resistência da trama em húmido tanto na direcção da máquina como na direcção transversal.

Exemplo 4

As folhas de laboratório são preparadas a partir de uma pasta consistindo em 15% de pasta quimica, 20% residuos e 55% de pasta mecânica, e como enchimento caulino, de modo a que o nivel de cinzas seja de 20%. As adições dos aditivos são dadas em kg/t de sólidos secos da pasta.

As folhas foram preparadas para um peso base de 70 g/m2.

Na preparação das folhas, foi também usada uma pasta de amido convencional (MT) o que foi adicionado na quantidade de 5 kg/t.

Ponto de controlo 1 2 3 4 Resistência à tracção em húmido DM kNm/kg Resistência à tracção em húmido DT kNm/kg Escolha IGT m/s Ponto zero 0 2,1 1,2 2,27 Amido de polpa 5 2,4 1,2 2,66 MT + Produto do Exemplo 1 5 + 1 2,4 1,2 2, 82 MT + Produto do Exemplo 1 5 + 2 2,9 1,3 3, 45

Quando preparadas estas folhas, foram usados os moldes de orientação de fibra. Usando o produto de teste, a resistência à tracção em húmido foi melhorada principalmente na direcção da máquina quando o produto de teste foi adicionado na quantidade de 2 kg/t. 10

Também a resistência de superfície IGT foi medida nestas folhas, e uma ligeira melhoria pôde também ser observada em comparação com o ponto zero assim como com o uso da pasta de amido sozinha. A escolha de IGT indica como a superfície de um papel, que foi impresso com tinta de impressão, é capaz de resistir à abrasão antes de a superfície se tornar floculada e as fibras poderem ser vistas na superfície.

Adicionalmente ao descrito acima, um produto de acordo com a invenção pode ser usado na produção de papel e cartão, por exemplo para estabilizar dispersões de tamanho hidrofóbico. Esses tamanhos são e.g. AKD (dímeros de alquil ceteno) e ASA (anidrido alquenil succínico). Assim, a adição de tais dispersões de tamanhos à pasta também melhora a resistência da trama em húmido.

Lisboa, 22 de Março de 2010

Claims (6)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Aditivo para a produção de papel e cartão, contendo um produto polimerizado de pelo menos um monómero vinílico na presença de um polissacárido catiónico, caracterizado por o polissacárido catiónico ter um grau de substituição de 0,02-0,50, e por os monómeros na quantidade até 30% calculada no peso seco das matérias-primas serem usados na polimerização, onde pelo menos 95% da quantidade molar do componente monómero é amida.

2. Aditivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por até 5% da quantidade molar do componente monómero ser ácido carboxílico vinílico.

3. Aditivo de acordo com a reivindicação 1 ou 2 caracterizado por os monómeros na quantidade até 20% calculada em peso seco de matérias-primas serem usados na polimerização.

4. Aditivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o polissacárido ser amido degradado.

5. Uso do aditivo de acordo com a reivindicação 1 na produção de papel e cartão.

6. Uso de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o aditivo ser adicionado numa quantidade de 1-3 kg por ton de sólidos secos da pasta de papel. Lisboa, 22 de Março de 2010