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WO1990008852A1 - Procedimiento de obtencion de una cola reactiva cationizada para el encolado de papel en masa o en prensa y emulsion asi obtenida - Google Patents

Procedimiento de obtencion de una cola reactiva cationizada para el encolado de papel en masa o en prensa y emulsion asi obtenida Download PDF

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WO1990008852A1
WO1990008852A1 PCT/ES1990/000006 ES9000006W WO9008852A1 WO 1990008852 A1 WO1990008852 A1 WO 1990008852A1 ES 9000006 W ES9000006 W ES 9000006W WO 9008852 A1 WO9008852 A1 WO 9008852A1
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WO
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emulsion
cationized
paper
obtaining
mass
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Ceased
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PCT/ES1990/000006
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English (en)
French (fr)
Inventor
Juan José COSTAS POCH
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09F—NATURAL RESINS; FRENCH POLISH; DRYING-OILS; OIL DRYING AGENTS, i.e. SICCATIVES; TURPENTINE
    • C09F1/00—Obtaining purification, or chemical modification of natural resins, e.g. oleo-resins
    • C09F1/04—Chemical modification, e.g. esterification
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21H—PULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H17/00—Non-fibrous material added to the pulp, characterised by its constitution; Paper-impregnating material characterised by its constitution
    • D21H17/62—Rosin; Derivatives thereof

Definitions

  • the object of the present invention patent application is a procedure for obtaining a reactive glue for gluing paper that can be incorporated into it in bulk, or applied in the press, and which by its cationic nature reacts directly with the fiber of cellulose when coming into contact with it, in an aqueous medium, without the need for any reagent, to achieve an instant gluing of the paper, up to a pH higher than 7, which allows to work with neutral medium in the entire papermaking circuit , and also offers the possibility of gluing papers carrying all kinds of loads, including calcium carbonate and with virtually no influence of water hardness.
  • the first of these systems consists essentially in the addition to the mass of the paper pulp, before forming the sheet, of a glue of saponified resin or emulsified resin and of an aluminum salt, which is generally the sulfate of aluminum, which establishes a chemical or electrochemical bond between the resin and cellulose fiber;
  • This method presents the inconvenience that the bond between the resin and the cellulose fiber is only carried out with acceptable yield if the pH of the medium is acidic (less than 5, 5), which causes serious inconveniences in the manufacture of paper and a detriment of the final properties thereof.
  • the other known method consists of gluing in the press, carried out on the already dry paper, by means of a roller press by means of which a surface layer of a material that does not react with the cellulose is applied to the paper, but which, when dried, acquires re water-repellent properties, leaving only the paper surface glued.
  • the disadvantages of this duality of methods and diversity of products disappear by treating the paper, indistinctly, in the pulp phase or in the already dried sheet paper phase, with the emulsion obtained by the manufacturing process object of this Patent .
  • the procedure for obtaining the emulsion consists essentially of three phases.
  • the reaction of the resin takes place, used as raw material with maleic anhydride in order to fortify it; in the second phase, a stable emulsion of the fortified resin must be obtained, saponifying it, and adding a protein solution; In the third phase, the appropriate concentration of the product resulting from the second phase of the process should be treated with aluminum polyhydrochloride in order to cationize the glue emulsion for instant gluing of the paper, in bulk or in the press.
  • a resin As a raw material, a resin is used, which can be natural or modified pine rosin, which must contain a high percentage of abietic acid and levopimaric acid; In the first phase, this resin is reacted in a closed container and for about three hours, with maleic anhydride, in a proportion of 100 parts of resin with an approximate quantity between 5 and 20% of maleic anhydride, at a temperature between 170 and 200SC, in an inert gas atmosphere, to avoid reactions with atmospheric oxygen.
  • maleic anhydride in a proportion of 100 parts of resin with an approximate quantity between 5 and 20% of maleic anhydride, at a temperature between 170 and 200SC, in an inert gas atmosphere, to avoid reactions with atmospheric oxygen.
  • the resin thus fortified obtain nested in this first phase of the process, it is treated with an alkali in aqueous solution of determined concentration, partially saponifying it, and controlling the reaction so that the soap formed serves as an emulsifying agent of the resin in water;
  • This entire second phase of the process is carried out at the melting temperature of the fortified resin, which can reach 115 ⁇ C;
  • a solution of protein which can be of animal origin, such as casein, or vegetable, such as soy protein, in the appropriate proportion between 2% and 5% protein on resin, and then diluted with water until the desired concentration is obtained.
  • the reaction of the fortified and stable resin emulsion, obtained in the previous two phases takes place with aluminum polyhydroxychloride; this reaction is carried out at room temperature, mixing both products slowly so that they react without the emulsion being cut; This phase takes place in a vessel provided with a turbo stirrer, centrifugal pump or colloid mill that produces intense agitation.
  • Al n (OH) m Cl 3n-m aluminum hydroxychloride
  • emulsifiers such as sodium maleopimarate (C 24 H 28 O 3 Na 3 ) being found in the product
  • stabilizers such as the milk protein and other resin acids (C 20 H 30 O 2 ) in emulsion, part or not of the polynuclear compounds of aluminum polyhydroxychloride.
  • the stable emulsion thus obtained from fortified and cationized resin is milky in appearance and white, slightly yellowish in color, which due to its special composition and cationic character reacts directly with the cellulose fiber when it comes into contact with it, in the middle aqueous, without the need for any reagents, to achieve an instant gluing of the paper up to a pH greater than 7, which allows to operate perfectly with neutral medium in the entire papermaking circuit and offers the possibility of gluing carrier papers of all types of charges, including calcium carbonate.
  • the emulsion described above can be added at any point in the papermaking circuit, continuously or discontinuously, obtaining glue proportionally better to the amount of glue added.
  • this fortified and cationized resin emulsion in papermaking provides better efficacy of optical bleaches, allows a wider range of charges to be used, reduces the amount of chemicals in the circuits, allowing more closed circuits and cleaner effluents , less silt, less pollution, less corrosion, longer life of fabrics and faithful, as well as less frequent annoying and innocuous cleaning portas.

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Abstract

Consiste en hacer reaccionar una resina de colofonia, fortificada con ácido maleíco y previamente saponificada y estabilizada, en un reactor, provisto de un mecanismo agitador, con polihidroxicloruro de aluminio, afín de cationizar la emulsión. Dicha emulsión por su carácter catiónico reacciona directamente con la fibra de celulosa al entrar en contacto con ella, en medio acuoso, sin necesidad de ningún reactivo, y permite conseguir un encolado instantáneo del papel, en masa o en prensa.

Description

"PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE UNA COLA REACTIVA CATIONIZADA PARA EL ENCOLADO DE PAPEL EN MASA O EN PRENSA Y EMULSION ASI OBTENIDA".
El objeto de la presente solicitud de Patente de Invención lo constituye un procedimiento de obtención de una cola reactiva para el encolado de papel que pue de incorporarse a éste en masa, o aplicarse en prensa, y que por su carácter catiónico reacciona directamente con la fibra de celulosa al entrar en contacto con e lla, en medio acuoso,sin necesidad de ningún reactivo, para conseguir un encolado instantáneo del papel,hasta un pH superior a 7, lo que permite trabajar con medio neutro en todo el circuito de fabricación del papel, y ofrece además la posibilidad de encolar papeles portadores de todo tipo de cargas, incluido el carbonato cal cico y sin que prácticamente exista influencia de la dureza de las aguas.
Actualmente para el encolado del papel, se utili zan dos métodos aplicándose cada uno de ellos en una fase totalmente distinta, a saber, el sistema de enco lado en masa del papel y el procedimiento de encolado en prensa sobre el papel ya seco; sin que exista un mé todo ni se haya podido obtener un único producto que pueda ser aplicado indistintamente en cada una de di chas fases del procedimiento general de fabricación de papel. El primero de estos sistemas consiste esencialmen te en la adición a la masa de la pasta de papel, antes de formarse la hoja, de una cola de resina saponifica da o de resina emulsionada y de una sal de aluminio, que generalmente es el sulfato de aluminio, que esta blece una unión química o electroquímica entre la resi na y la fibra de celulosa; éste método presenta el in conveniente de que la unión entre la resina y la fibra de celulosa sólo se realiza con rendimiento aceptable si el pH del medio es ácido, (inferior a 5, 5) lo que ocasiona serios inconvenientes en la fabricación del papel y un detrimento de las propiedades finales del mismo.
El otro método conocido consiste en el encolado en prensa, efectuado sobre el papel ya seco, mediante una prensa de rodillos por medio de la cual se aplica al papel una capa superficial de un material que no reacciona con la celulosa, pero que al secarse adquie re propiedades hidrófugas, quedando solo encolada, la superficie del papel.
Los inconvenientes de esta dualidad de métodos y diversidad de productos desaparecen tratando el papel, indistintamente, en la fase de pasta de papel o en la fase de hoja de papel ya seca, con la emulsión obteni da por el procedimiento de fabricación objeto de esta Patente. El procedimiento de obtención de la emulsión cons ta esencialmente de tres fases. En la primera fase se produce la reacción de la resina, utilizada como materia prima con anhídrido maleíco a fin de fortificarla; en la segunda, fase debe obtenerse una emulsión estable de la resina fortificada, saponificándola, y añadiendo se guidamente una solución proteínica; en la tercera fase debe tratarse la concentración adecuada del producto re sultante de la segunda fase del proceso, con polihi droxicloruro de aluminio, a fin de cationizar la emul sión encolante para el encolado instantáneo del papel, en masa o en prensa.
Seguidamente pasamos a exponer con mayor detalle las diversas operaciones propias de cada una de las tres fases esenciales indicadas.
Como materia prima se utiliza una resina, que pue de ser colofonia de pino, natural o modificada, que de be contener un alto pocentaje de ácido abiético y de ácido levopimárico; en la primera fase se hace reaccio nar esta resina, en un recipiente cerrado y por espacio de unas tres horas, con anhídrido maleíco, en una pro porción de 100 partes de resina con una cantidad aproxi madamente comprendida entre el 5 y el 20% de anhídrido maleíco, a una temperatura entre los 170 y 200SC, en u na atmósfera de gas inerte, para evitar reacciones con el oxígeno atmosférico. La resina así fortificada, obte nida en esta primera fase del proceso, es tratada con un álcali en solución acuosa de concentración determina da, saponificándola parcialmente, y controlando la reac ción de modo que el jabón formado sirva de agente emul sionante de la resina en agua; toda esta segunda fase del proceso se realiza a la temperatura de fusión de la resina fortificada, que puede alcanzar los 115⍛C; una vez conseguida ésta emulsión debe procederse a su esta bilizado, añadiendo una solución de proteína, que puede ser de origen animal, como la caseína, o vegetal, como la proteína de soja, en la proporción adecuada que os cila entre el 2% y el 5% de proteína sobre resina, y seguidamente se diluye con agua hasta obtener la con centración deseada. En la tercera fase del proceso tie ne lugar la reacción de la emulsión de resina fortifi cada y estable, obtenida en las dos fases anteriores, con polihidroxicloruro de aluminio; esta reacción se realiza a temperatura ambiente, mezclando ambos produc tos lentamente para que reaccionen sin que se corte la emulsión; esta fase tiene lugar en un recipiente pro visto de un turbo agitador, bomba centrífuga o molino coloidal que produzcan una intensa agitación.
El siguiente ejemplo muestra a titulo ilustrativo, pero no limitativo, una realización preferente del pro cedimiento de obtención de una cola reactiva y cationi zada para el tratamiento de papel, en nasa o en prensa, que constituye el objeto de esta Patente.
En un reactor de atmósfera de gas inerte, provisto de agitación y calefacción adecuada, que puede alean zar los 200°C, se funden 100 partes de colofonia C20 H30 O2 con 10 partes de anhídrido maleíco C4 H2 C3, y se mantiene la masa en reacción por encima de 180 ó - 200°C, por espacio de 3 ó 4 horas hasta completarse la reacción y formarse el ácido maleopimárico (C24 H32 O5).
A la masa fundida, y sin cesar la agitación, se incorporan 30 partes de una solución acuosa conteniendo de 7 a 10 partes de hidróxido sódico, manteniéndose la reacción por encima de los 100ºC, el tiempo necesario hasta conseguir la emulsión.
Seguidamente se incorporan de 10 a 20 partes de u na solución de caseína conteniendo 10 - 30% de proteϊna, y se diluye con agua hasta obtener la concentración de seada.
Finalmente se hacen reaccionar 100 partes del pro ducto resultante de la fase anterior, con 100 partes de polihidroxicloruro de aluminio (Aln (OH)m Cl3n-m) en un reactor provisto de turbo-agitador, a temperatura am biente y añadiéndose los reactivos muy lentamente, de modo que la emulsión de ácido maleopimárico (C24H32O5) es cationizada con completos polinucleares del tipo:
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de carácter fuertemente electropositivo, aportados por la hidrólisis del hidroxicloruro de aluminio (Aln(OH)m Cl3n-m), hallándose en el producto, emulsionantes como el maleopimarato sódico (C24H28O3Na3), estabilizantes, como la proteina de la leche y demás ácidos resínicos (C20H30O2) en emulsión, formando parte o no de los com piejos polinucleares del polihidroxicloruro de aluminio.
Al llevar a la práctica, a escala industrial, este procedimiento, podrán introducirse en el mismo algunas modificaciones, simplificaciones e incluso operaciones adicionales complementarias, para una adecuación del proceso a la instalación industrial en que se realiza, y por exigencias de la composición de los productos que intervienen en el proceso, como por ejemplo las caracte rísticas de la resina utilizada como materia prima,etc. Estas modificaciones no esenciales, se estiman asimismo comprendidas en el ámbito de esta Patente.
La emulsión estable asi obtenida de resina fortifi cada y cationizada es de aspecto lechoso y color blanco, ligeramente amarillento,que por su especial composición y carácter catiónico reacciona directamente con la fi bra de celulosa al entrar en contacto con ella, en medio acuoso, sin necesidad de ningún reactivo, para, conse guir un encolado instantáneo del papel hasta un pH supe rior a 7, lo que permite operar perfectamente con medio neutro en todo el circuito de la fabricación del papel y ofrece la posibilidad de encolar papeles portadores de todo tipo de cargas, incluido el carbonato calcico.
La emulsión antes descrita puede añadirse en cual quier punto del circuito de fabricación del papel, de forma continua o discontinua, obteniéndose encolados proporcionalmente mejores a la cantidad de cola adicio nada. Por ser un producto totalmente reactivo con la fi bra, a PH neutro, su empleo suma las ventajas del medio ácido, como el encolado instantáneo y el alto rendimien to, con todas las ventajas del medio neutro, tales como la mejora de las propiedades mecánicas (mejor refino en menos tiempo, fibras más largas, mejora del reventamien to, desgarro y doble pliegue, etc.). La utilización de esta emulsión de resina fortificada y cationizada en la fabricación de papel, proporciona mejor eficacia de los blanqueantes ópticos, permite utilizar una mayor gama de cargas, disminuye la cantidad de productos químicos en los circuitos, permitiendo circuitos más cerrados y efluentes más limpios, menos limos, menor contamina, ción, menor corrosión, vida más larga de telas y fiel tros, así como menor frecuencia de las molestas e ino portunas limpiezas. Como ventajas adicionales tenemos además por su reactividad que la parte de cola fijada por las fibras no pierde su eficacia, con lo que los finos que se recirculan, se recuperen más fácilmente sin gasto adicional de cola, siendo de destacar la gran estabilidad de pH de fabricación, con la consi guíente regularidad de la calidad del papel y la míni ma influencia de la dureza de las aguas, que tanto in terfieren en el sistema de medio ácido entre la cola y el ion aluminio.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1a.- "PROCEDIMIENTO DE OBTETCION DE UNA COLA REACTIVA CATIONIZADA PARA EL ENCOLADO DE PAPEL EN MASA O EN PREN SA Y EMULSION ASI OBTENIDA", caracterizada por el hecho de que partiendo de una resina de colofonia, fortifica da con ácido maleico, previa y parcialmente saponifi cada, emulsionada y estabilizada con una proteína, y de bidamente diluida en agua, en una determinada concentra ción, es cationizada por su reacción con polihidroxiclo ruro de aluminio, en un reactor provisto de turbo agita dor, molino coloidal o bomba centrífuga, incorporando, a temperatura ambiente, 100 partes de la emulsión de re sina fortificada, que básicamente es un ácido maleopimá rico, con 100 partes de polihidroxicloruro de aluminio, mezclando ambos productos muy lentamente y con fuerte a gitación, con lo que se produce la hidrólisis del hi droxicloruro de aluminio, de carácter fuertemente elec tropositivo, quedando cationizada la emulsión.
2a.- "PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE UNA COLA REACTIVA CATIONIZADA PARA EL ENCOLADO DE PAPEL EN MASA O EN PREN SA Y EMULSION ASI OBTENIDA", caracterizada por el hecho de que el producto así obtenido es una emulsión esta-ble de resina de colofonia fortificada con anhídrido maleí co y cationizada con polihidroxicloruro de aluminio. 3a.- "PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE TOTA COLA REACTIVA CATIONIZADA PARA EL ENCOLADO DE PAPEL EN MASA O EN PREN
SA Y EMULSION ASI OBTENIDA", según la 21. reivindica ción, caracterizada, por el hecho de que el producto es una emulsión de ácido maleopirnárico (C24H32O5), catio nizado con completos polinucleares, del tipo:
Figure imgf000012_0001
de carácter fuertemente electropositivo, aportados por la hidrólisis del hidroxicloruro de aluminio (AIn(OH)m Cl3n-m), hallándose en el producto emulsionantes, como el maleopimarato sódico (C24H28O3Na3), estabilizantes como la proteína caseína, y demás ácidos resínicos (C20 H30O2) en emulsión, formando parte, o no, de los comple jos polinucleares del polihidroxicloruro de aluminio. 4a.- "PROCEDIMIENTO DE OBTENCION DE UNA COLA REACTIVA CATIONIZADA PARA EL ENCOLADO DE PAPEL EN MASA O EN PREN SA Y EMULSION ASI OBTENIDA".
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