BR112019002232B1 - Método para fabricar uma composição aquosa, composição aquosa e uso da mesma - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a uma nova composição aquosa de um polímero solúvel em água, estruturalmente modificado, adequado para fabricação de papel e a um método para o fabricar. O método compreende a clivagem de uma estrutura principal do polímero de acrilamida por meio de um agente de degradação e a reticulação do polímero de acrilamida sujeito a clivagem usando um agente de reticulação polifuncional.

Description

Campo da invenção
[0001] A presente invenção refere-se a uma nova composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado adequado para a fabricação de papel, e a um método para fabricá-lo. Mais especificamente, é proporcionado um polímero de acrilamida solúvel em água estruturalmente modificado, tal como poliacrilamida glioxalatada, tendo um peso molecular ultraelevado, adequado para o referido uso.
Antecedentes da invenção
[0002] Um certo número de auxiliares de resistência, incluindo poliacrilamida catiônica e aniônica e carboximetilcelulose, proporcionam resistência a seco mas não têm resistência à umidade aos produtos de papel. A poliacrilamida glioxalada (GPAM) e a poliamidoamina epiclorohidrina (PAE) são conhecidas como auxiliares de resistência, que além da resistência a seco proporcionam resistência à umidade ao papel.
[0003] As resinas de epicloridrina de poliamida (PAE) são comumente usadas como os agentes permanentes de resistência à umidade para a fabricação de qualidades de papel resistentes à umidade. Normalmente, os tipos de toalhas reforçadas molhadas requerem altos níveis de dosagem de resina PAE para atingir as especificações de resistência úmida exigidas. A quantidade de resina de PAE que pode ser adsorvida em fibras de celulose é limitada pela densidade de carga aniônica das fibras. Se não forem manejadas adequadamente, as resinas de resistência úmida não retidas se acumularão no sistema de água branca, levando a uma desidratação deficiente da máquina, preenchimento de arame e feltro, quebras e furos da chapa, e um aumento no uso de antiespumantes. A resina PAE é auto-reticulável e, portanto, não pode ser facilmente hidrolisada. Portanto, o PAE é adequado para produtos como toalhas de cozinha, que devem manter sua integridade mesmo quando molhadas.
[0004] A poliacrilamida reticulada com glioxal (GPAM) é um polímero sintético amplamente usado, que após a desidratação forma as ligações covalentes com fibras de celulose, que estão sujeitas a hidrólise e causam a dispersão do papel dependente do tempo na água. Portanto, o GPAM é adequado para uso em, por exemplo, papel higiênico, em que a resistência à umidade temporária é desejável. Além do papel de tecido, o GPAM é amplamente usado em papéis e placas de embalagem.
[0005] Geralmente, os polímeros de menor peso molecular tendem a fornecer menores resistências ao papel. De uma maneira adicional, a rede de celulose GPAM reticulada é mais facilmente degradada por meio da hidrólise se o peso molecular do GPAM resultante for menor. Retardar a desintegração do produto de papel seria desejável em muitos casos. No entanto, o peso molecular do produto comercial típico de GPAM é intencionalmente mantido abaixo do peso molecular máximo possível para fornecer um produto homogêneo que não é instantaneamente gelificado. O peso molecular de uma estrutura principal típica de poliacrilamida glioxilada na fabricação de GPAM convencionais é portanto moderadamente baixo, abaixo de 100 000 Dalton, normalmente abaixo de 10.000 Dalton. Apesar disso, as soluções GPAM convencionais, nos níveis de concentração comumente usados, sofrem uma perda de eficiência durante o armazenamento. Se não for usado dentro de um intervalo de tempo estreito, o GPAM irá gelificar. Uma vez que ocorra gelificação, o GPAM não é mais útil e o equipamento afetado deve ser limpo. A temperatura elevada, como climas mais quentes, acelera a deterioração do GPAM e aumenta consideravelmente. Dessa maneira, a deterioração do GPAM fabricado fora do local convencional pode começar já antes da entrega na fábrica de papel e continuar durante o armazenamento, de modo que quando eventualmente usado na ordem da data de entrega, que pode ser imediatamente antes da gelificação, a resistência alcançada resposta é muito menor do que para o GPAM convencional recentemente preparado.
[0006] Dessa maneira, seria altamente desejável encontrar um novo aditivo de fabricação de papel à base de poliacrilamida solúvel em água, tal como agente de resistência a úmido e / ou seco para produtos de papel, o qual teria um peso molecular elevado e controlável sendo útil sem os problemas acima mencionados.
Sumário da invenção
[0007] O objetivo da presente invenção é minimizar ou mesmo eliminar as desvantagens existentes na técnica anterior.
[0008] Um objetivo da presente invenção é proporcionar uma composição aquosa não gelificada de um polímero solúvel em água, estruturalmente modificado, com um elevado peso molecular, útil na fabricação de papel.
[0009] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um método para fabricar a composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado.
[00010] Ainda outro objetivo da presente invenção é proporcionar um produto intermediário seco adequado para o uso no método para a fabricação da composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado.
[00011] Ainda outro objeto da presente invenção é fornecer um processo de fabricação de um produto de papel.
[00012] Ainda outro objetivo da presente invenção é proporcionar um uso da composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado em um processo de fabricação de papel.
[00013] Ainda outro objetivo da presente invenção é fornecer um produto de papel melhorado.
[00014] Estes objetivos são atingidos com a presente invenção tendo as características apresentadas abaixo nas partes características das reivindicações independentes.
[00015] Algumas modalidades preferidas da presente invenção são apresentadas nas reivindicações dependentes. As características citadas nas reivindicações dependentes são livremente combináveis entre si, a menos que seja indicado de uma outra maneira.
[00016] Um método típico para a fabricação de uma composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção compreende
[00017] (i) proporcionar um polímero de acrilamida possuindo uma viscosidade padrão de pelo menos cerca de 1 mPas, medida a 0,1% em peso da concentração de polímero em NaCl a 1 M, a 25°C e pH 8,0 a 8,5, usando viscosímetro Brookfield DVII T, em um meio aquoso,
[00018] (ii) incorporar no referido meio aquoso um agente de degradação capaz de reduzir a viscosidade padrão do polímero de acrilamida em um ambiente aquoso clivando uma estrutura principal do polímero de acrilamida, e
[00019] (iii) reticulação do polímero de acrilamida sujeito a clivagem através da introdução de um agente de reticulação polifuncional ao referido meio aquoso para obter a composição aquosa do polímero solúvel em água estruturalmente modificado.
[00020] A composição aquosa típica de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção tem uma viscosidade intrínseca de pelo menos 0,5 dl / g, de preferência pelo menos 0,7 dl / g e mais de preferência pelo menos 1,0 dl / g, determinada por GPC.
[00021] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, uma composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção é obtida por meio do referido método de acordo com a presente invenção.
[00022] O produto intermediário seco típico adequado para o uso no método de acordo com a presente invenção compreende uma mistura de um polímero de acrilamida seco com uma viscosidade padrão de pelo menos cerca de 1 mPas, medida a 0,1% em peso da concentração de polímero em NaCl a 1 M , a 25 oC e pH 8,0 a 8,5, usando viscosímetro Brookfield DVII T, e um agente de degradação seco capaz de reduzir a viscosidade do polímero de acrilamida em um ambiente aquoso por meio da clivagem de uma estrutura do polímero de acrilamida.
[00023] Um processo típico de fabricação de um produto de papel de acordo com a presente invenção compreende a incorporação de uma composição aquosa de um polímero solúvel em água, estruturalmente modificado da presente invenção em uma composição de fabricação de papel.
[00024] O uso típico de uma composição aquosa de um polímero solúvel em água, estruturalmente modificado, de acordo com a presente invenção, consiste em um processo de fabricação de papel para aumentar a resistência, drenagem e / ou retenção do papel.
[00025] O produto de papel típico de acordo com a presente invenção compreende um polímero solúvel em água, estruturalmente modificado, de acordo com a presente invenção.
[00026] Foi agora surpreendentemente descoberto que (i) proporcionando um polímero de acrilamida catiônico, aniônico ou não iônico com uma viscosidade padrão de pelo menos cerca de 1 mPas, medida a 0,1% em peso da concentração de polímero em NaCl a 1 M, a 25 ° C e pH 8,0 a 8,5, usando viscosímetro Brookfield DVII T, em meio aquoso; (ii) incorporar no referido meio aquoso um agente de degradação capaz de reduzir a viscosidade padrão do polímero de acrilamida em um ambiente aquoso clivando uma estrutura do polímero de acrilamida; e (iii) reticulação do polímero de acrilamida sujeito a clivagem por meio da introdução de um agente de reticulação poli funcional ao referido meio aquoso, é possível obter uma composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado que proporciona várias vantagens especialmente quando usado na fabricação de papel. A composição aquosa do polímero de elevado peso molecular solúvel em água, estruturalmente modificado, obtida por meio da presente invenção, é eficaz na melhoria das propriedades de resistência ao papel, especialmente resistência a umidade e resistência a seco, drenagem e / ou retenção. A composição aquosa do polímero solúvel em água estruturalmente modificado tem o benefício adicional de que o polímero de acrilamida de elevado peso molecular pode ser usado na fabricação de papel sem causar gelificação da composição aquosa. Isto proporciona notáveis benefícios econômicos à medida que se evita a perda de composições poliméricas geladas involuntariamente e a subsequente limpeza do equipamento afetado, e evita-se uma perda de desempenho de resistência da composição polimérica durante o armazenamento. De uma maneira adicional, as propriedades dos polímeros solúveis em água estruturalmente modificados podem ser facilmente ajustadas, por exemplo, variando a dosagem do agente de degradação e do agente de reticulação.
[00027] As experiências realizadas por meio dos inventores mostram que a presente descrição proporciona uma composição aquosa de polímero solúvel em água estruturalmente modificado, mais especificamente de copolímero de acrilamida catiônico de clivagem ferrosa de sulfato ferroso de ligação cruzada de glioxal que oferece desempenho de resistência prolongada melhorado. Especialmente o desempenho de resistência à água que pode ser tipicamente definido por 30 e 60 minutos embebe os testes de tração a úmido, é melhorado comparado com produtos GPAM convencionais comercialmente disponíveis em todos os tipos de papel testados e comparados com a resina de resistência a úmido PAE normalmente aplicada em tipos de papel de peso pesado.
[00028] No método e composição aquosa do polímero solúvel em água estruturalmente modificado da presente invenção, o peso molecular do polímero estruturalmente modificado pode ser controlado e obtém-se um elevado peso molecular preferido, proporcionando assim os efeitos desejados na fabricação de papel, tal como maior resistência do papel. De uma maneira adicional, como o resultado da função combinada de um agente de degradação e um agente de reticulação na estrutura principal do polímero de acrilamida, pode ser obtida uma composição aquosa não gelificada de um polímero estruturalmente modificado tendo um peso molecular final muito maior e uma estrutura de rede diferente em comparação com polímeros reticulados que não envolvem o uso combinado de agente degradante, como os GPAMs convencionais.
[00029] Quando este novo polímero solúvel em água estruturalmente modificado de peso molecular ultraelevado da presente invenção, especialmente polímero de acrilamida degradado, reticulado com glioxal, aplicado para obter resposta de resistência em sistemas de fabricação de papel contendo celulose ou derivados de celulose, inesperadamente e surpreendentemente observou que a estrutura de celulose resultante tem um desempenho de resistência à umidade muito maior em relação ao obtido usando GPAMs convencionais. No método da presente invenção, foi alcançada uma resistência à umidade de cerca de 35% superior à obtida por meio dos sistemas GPAM convencionais.
[00030] Os benefícios e vantagens obtidos por meio do método e a composição aquosa do polímero solúvel em água estruturalmente modificado da presente invenção incluem, por exemplo, conseguir o desejado polímero de peso molecular ultra-alto adequado para o uso na produção de papel, por exemplo, para a intensificação de resistência, proporcionando uma composição aquosa não gelificada de polímero de acrilamida estruturalmente modificado de elevado peso molecular, e desempenho melhorado de resistência a umidade e a seco ao produto de papel final. Além disso, a presente descrição permite a reticulação no local, tal como a glioxalação do polímero de acrilamida sujeito a degradação por meio da clivagem da estrutura principal imediatamente antes de fornecer a composição polimérica aquosa ao fornecimento ou à teia fibrosa. A composição da presente invenção pode ser implementada em uma máquina de papel corrente e também como um processo descontínuo através do uso de equipamento simples. A presente invenção proporciona uma fonte de resistência umidade n-PAE e o uso de estruturas principais de polímero seco permitindo uma melhor logística e menores custos. O método e composição da presente invenção podem ainda ser aplicados em condições climáticas difíceis.
Breve descrição das figuras
[00031] A Figura 1 é um gráfico que mostra o efeito do sulfato de ferro (II) na viscosidade da solução a 0,5% da estrutura principal da poliacrilamida catiônica.
[00032] As Figuras 2a, 2b e 2c são gráficos de processo esquemáticos de modalidades exemplificativas da presente invenção.
[00033] A Figura 3 é um gráfico que mostra a resistência à tração úmida medida, sob fabricação de papel pH 5,5, conseguida usando resina convencional de resistência a úmido GPAM (FB3000) e PAE convencional (FS4063) em comparação com três dosagens diferentes da composição aquosa de sulfato ferroso de glioxal copolímero de acrilamida catiônico clivado (Novo GPAM) de acordo com a presente invenção.
[00034] A Figura 4 é um gráfico mostrando a resistência à tração medida, sob produção de papel pH 5,5, conseguida usando GPAM convencional (FB3000) e resina convencional resistente à umidade PAE (FS4063) em comparação com três dosagens diferentes da composição aquosa de sulfato ferroso com ligações cruzadas de glioxal, copolímero de acrilamida catiônico clivado (Novo GPAM) de acordo com a presente invenção.
[00035] A Figura 5 é um diagrama que compara a resistência à tração a úmido obtida pela composição aquosa de copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfóxido ferroso de glioxal (Novo GPAM) da presente invenção, àquelas obtidas por meio da resina convencional de resistência a úmido PAE (FS4063) e convencional GPAM (FB3000) (sob dois níveis de pH, dosagem = 3 lb / t; folha BW = 110 lb / 3300ft2).
[00036] A Figura 6 é um diagrama que compara as resistências à tração a seco obtidas por meio da composição aquosa de copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfóxido ferroso de glioxal (Novo GPAM) da presente invenção àquelas obtidas por meio da resina convencional de resistência a úmido PAE (FS4063) e GPAM convencional (FB3000) (desempenho de folha de manobra sob condições naturais de umidade em pH 7,6 e 130ppm NaHCO3).
[00037] A Figura 7 é um diagrama que compara as taxas de decaimento da resistência à tração em úmido (30 min de imersão) obtidas com a composição aquosa de copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfóxido ferroso de glioxal (Novo GPAM) da presente invenção àquelas obtidas com GPAM convencional (FB3000) e resina convencional de resistência a umidade PAE (FS4063).
Descrição detalhada da invenção
[00038] Por força úmida ou seca entende-se uma medida de quão bem a teia de fibra mantém-se unida após uma força de ruptura na forma úmida ou seca. A força úmida é rotineiramente expressa como a razão de força de tração molhada a seca na ruptura. Resistência a seco ou resistência à tração a seco é a tensão máxima que uma trama de papel pode suportar ao ser esticada ou puxada antes de falhar ou quebrar. Tipicamente, a determinação de 30 ou 60 min de imersão em resistência à tração úmida é aplicada. Os padrões processuais são explicados no TAPPI T 456. Ele descreve o procedimento para a determinação da resistência à tração de papel e papelão após a saturação com água. Este procedimento é aplicável a papéis e cartões, excluindo o papelão ondulado, que será submetido a tensões durante o período úmido, seja durante o processamento ou uso. Tais materiais incluem, mas não se limitam a produtos de tecido, papéis usados na fabricação de mapas, fotografia e impressões, bolsas e envelopes de alimentos.
[00039] Pelo termo "viscosidade" entende-se o atrito interno ou atração molecular de um dado material que se manifesta na resistência ao fluxo. É medido em líquidos por meio dos procedimentos de teste padrão e é geralmente expresso em equilíbrio ou centipoise (cP) a uma temperatura especificada. A viscosidade de um fluido é uma indicação de vários padrões de comportamento do líquido a uma determinada temperatura, incluindo características de bombeamento, taxa de fluxo, propriedades de umedecimento e uma tendência ou capacidade de suspender um material particulado insolúvel.
[00040] Como usado na presente invenção, os termos polímero, polímeros, polímeros e termos semelhantes são usados no seu sentido normal como é compreendido por meio de uma pessoa que é versada na técnica, e assim podem ser usados na presente invenção para referir ou descrever uma molécula grande (ou grupo de tais moléculas) que contém monômeros recorrentes. Os polímeros podem ser formados de várias maneiras, incluindo polimerizando os monômeros e / ou modificando quimicamente um ou mais monômeros recorrentes de um polímero precursor. Um polímero pode ser um "homopolímero" compreendendo monômeros recorrentes substancialmente idênticos formados por, por exemplo, polimerização de um monômero particular. Um polímero pode também ser um "copolímero" compreendendo dois ou mais monômeros recorrentes diferentes formados, por exemplo, por copolimerização de dois ou mais monômeros diferentes e / ou por modificação química de um ou mais monômeros recorrentes de um polímero precursor. Os polímeros aniônicos são polímeros que possuem uma carga líquida negativa, os polímeros catiônicos são polímeros que possuem uma carga líquida positiva e os polímeros não iônicos são polímeros que possuem uma carga líquida de 0.
[00041] Uma estrutura principal do polímero de acrilamida refere-se nesta descrição à cadeia principal do polímero de acrilamida que é um resultado da reação de (co) polimerização da acrilamida, e opcionalmente quaisquer monômeros catiônicos, aniônicos ou não iônicos copolimerizáveis com acrilamida. A cadeia principal é uma cadeia substancialmente linear à qual todas as outras cadeias podem ser consideradas pendentes.
[00042] Como usado na presente invenção, o termo "solúvel em água” é entendido de modo que o polímero é miscível com água. Quando misturado com um excesso de água, o polímero é de preferência totalmente dissolvido e a solução de polímero obtida é de preferência essencialmente livre de partículas ou grânulos de polímero discretos. O excesso de água significa que a solução de polímero obtida não é uma solução saturada.
[00043] Como usado na presente invenção, o termo "agente de degradação" refere-se a qualquer composto ou mistura de compostos que é capaz de reduzir a viscosidade padrão de um polímero de acrilamida quando em um ambiente aquoso clivando a estrutura do polímero de acrilamida, ou seja, a cadeia principal do polímero de acrilamida, em fragmentos. O efeito do agente de degradação e a clivagem da estrutura principal do polímero podem ser vistos na viscosidade decrescente do meio aquoso compreendendo o polímero de acrilamida.
[00044] Como usado na presente invenção, o termo "agente de reticulação" refere-se a qualquer composto ou mistura de compostos contendo pelo menos dois grupos de reação, proporcionando assim um meio de ligar covalentemente dois grupos alvo presentes no polímero de acrilamida e / ou nos fragmentos dos mesmos, quais os fragmentos resultantes da clivagem da estrutura principal de acrilamida. O agente de reticulação pode ligar covalentemente os fragmentos clivados do polímero de acrilamida a outros fragmentos referidos e / ou à estrutura principal do polímero de acrilamida.
[00045] O peso molecular de um polímero é o fator chave para controlar a hidrólise da rede de polímero-celulose. O uso de polímero de elevado peso molecular deixaria as ligações polímero-celulose da hidrólise em água e promoveria o desempenho da resistência em úmido. O alto peso molecular para polímeros como papel químico também é uma característica desejável em outros aspectos: maior peso molecular significa uma melhor adsorção na fibra de celulose, especialmente para aditivos finais úmidos em máquinas de papel, menor penetração através da superfície da teia fibrosa, especialmente para superfície de papel agentes de dimensionamento e melhores desempenhos.
[00046] Em um aspecto, a presente invenção proporciona um método para fabricar um polímero solúvel em água estruturalmente modificado para o uso na fabricação de papel. Este método compreende as seguintes etapas:
[00047] (i) proporcionar um polímero de acrilamida possuindo uma viscosidade padrão de pelo menos cerca de 1 mPas, medida a 0,1% em peso da concentração de polímero em NaCl a 1 M, a 25 e pH 8,0 a 8,5, usando viscosímetro Brookfield DVII T, em um meio aquoso,
[00048] (ii) incorporar no referido meio aquoso um agente de degradação capaz de reduzir a viscosidade padrão do polímero de acrilamida no ambiente aquoso clivando a estrutura do polímero de acrilamida nos fragmentos poliméricos menores, e
[00049] (iii) reticulação do polímero de acrilamida sujeito a clivagem por meio da introdução de um agente de reticulação polifuncional ao referido meio aquoso para obtenção da composição aquosa de polímero solúvel em água estruturalmente modificado.
[00050] De uma maneira adicional, a presente invenção proporciona um polímero solúvel em água, estruturalmente modificado, obtido por meio do método.
[00051] Deste modo, um polímero de alto peso molecular pode ser obtido na forma de uma composição aquosa, não gelificada, o polímero que expressa uma excelente resposta de resistência na fabricação de papel. Enquanto a resistência úmida do produto de papel é aumentada, o polímero de acordo com a presente invenção mantém ou melhora a resistência seca do produto em comparação, por exemplo, com o uso da técnica anterior de GPAM comercialmente disponível.
[00052] Em uma modalidade da presente invenção, o polímero de acrilamida tem uma viscosidade padrão de pelo menos 1,2 mPas, de preferência pelo menos 1,5 mPas e mais de preferência pelo menos 2,0 mPas, medida a 0,1% em peso da concentração de polímero em 1 M NaCl, a 25°C, pH 8,0 a 8,5, usando o viscosímetro Brookfield DVII T.
[00053] Na fabricação de, por exemplo, GPAMs convencionais, o peso molecular do polímero de acrilamida necessita de ser mantido moderado, isto é, a viscosidade padrão do polímero de acrilamida necessita de ser, por exemplo, cerca de 0,3 mPas, caso contrário a glioxilação levará a gelificar a mistura da reação. Na fabricação da composição aquosa do polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção, o peso molecular médio do polímero de acrilamida pode ser excepcionalmente elevado, uma vez que a estrutura principal do polímero de acrilamida é sujeito a degradação. Mesmo CPAMs secos podem ser usados que convencionalmente têm um peso molecular médio de vários milhões de Dalton. O uso de polímeros de acrilamida secos é atraente, especialmente em vista da logística.
[00054] A viscosidade padrão mais elevada do polímero de acrilamida corresponde a um peso molecular mais elevado. Os polímeros de alto peso molecular estão disponíveis em maior teor de sólidos, mesmo como pós secos. Como a estrutura principal do polímero de acrilamida a ser submetido ao agente de degradação tem um peso molecular mais elevado, também o polímero solúvel em água estruturalmente modificado obtido após a reticulação pode ter um peso molecular mais elevado. Tipicamente, o polímero de acrilamida tem um peso molecular de pelo menos 2 milhões de Dalton, de preferência pelo menos 5 milhões de Dalton ou ainda mais de preferência pelo menos 10 milhões de Dalton. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o polímero de acrilamida tem um peso molecular na gama de 10 a 20 milhões de Dalton, ou na gama de 10 a 15 milhões de Dalton. De preferência, o polímero de acrilamida é um polímero seco.
[00055] O agente de degradação e o agente de reticulação podem ser pré-misturados em conjunto antes da adição, ou podem ser adicionados separadamente tal como sequencialmente, sendo o agente de degradação adicionado antes do agente de reticulação tal como o glioxal. As adições do agente de degradação e do agente de reticulação, como o glioxal, também podem se sobrepor, caso em que a adição do agente de degradação pode continuar quando a adição do agente de reticulação é iniciada. Deste modo, o agente de degradação começa a quebrar a estrutura principal do polímero de acrilamida mais cedo do que o início da reticulação, mas a quebra da estrutura principal em fragmentos continua, ao mesmo tempo, com a reação de reticulação.
[00056] Em uma modalidade, o polímero de acrilamida e o agente de degradação são introduzidos primeiro na composição aquosa, e o agente de reticulação, tal como o glioxal, é introduzido subsequentemente.
[00057] Vantajosamente, o agente de degradação começa a quebrar a estrutura principal do polímero de acrilamida antes do início da reticulação. O agente de degradação continua a quebrar a estrutura principal do polímero de acrilamida em paralelo com reticulação, por exemplo, por meio da glioxilação, até que todo o poder de degradação do agente de degradação tenha sido consumido ou extinguido. A reação de reticulação, por outro lado, pode ser uma reação de equilíbrio, como é o caso de, por exemplo, glioxilação. Dessa maneira, a viscosidade aparente da composição aquosa do polímero de acrilamida de reticulação e degradação evolui até o poder de degradação do agente de degradação ter sido consumido ou extinto e a reação de reticulação, tal como a glioxilação, ter atingido um equilíbrio.
[00058] Em uma modalidade, o polímero de acrilamida e o agente de degradação são dissolvidos no meio aquoso simultaneamente como uma mistura seca. A mistura seca pode ser fornecida misturando polímero de acrilamida seco e agente de degradação a seco. Esta modalidade tem a utilidade adicional de que a mistura seca tem boa estabilidade de armazenamento, é transportada facilmente e economicamente para o local de uso, e a clivagem da estrutura do polímero de acrilamida não se inicia antes da mistura seca ser levada para um meio aquoso.
[00059] Em uma modalidade, o agente de degradação é misturado em um outro meio aquoso e depois combinado com o polímero de acrilamida no meio aquoso.
[00060] Em uma modalidade, o polímero de acrilamida seco é dissolvido em uma solução aquosa do agente de degradação.
[00061] Em uma modalidade, a etapa (iii) do método é iniciada depois de todo o agente de degradação ter sido incorporado no meio aquoso na etapa (ii) do método, isto é, a ligação cruzada do polímero de acrilamida sujeito à clivagem é iniciada apenas para o meio aquoso depois de todo o agente de degradação ter sido incorporado ao meio aquoso.
[00062] Em uma modalidade, pelo menos a etapa (iii) do método, isto é, reticulação do polímero de acrilamida sujeito a clivagem, é conduzido no local do uso da composição aquosa do polímero solúvel em água estruturalmente modificado.
[00063] O agente de degradação pode ser qualquer composto ou mistura de compostos capazes de quebrar, isto é, clivar a estrutura principal do polímero de acrilamida em um ambiente aquoso em pequenos fragmentos poliméricos. Isto tem o efeito de reduzir a viscosidade padrão do polímero de acrilamida e o efeito de reduzir a viscosidade da massa de uma composição aquosa compreendendo o polímero de acrilamida. Por outras palavras, o agente de degradação pode ser qualquer composto ou mistura de compostos capazes de reduzir a viscosidade padrão do polímero de acrilamida clivando a estrutura principal do polímero de acrilamida nos fragmentos poliméricos dos mesmos.
[00064] O agente de degradação pode ser selecionado a partir de compostos ou misturas de compostos capazes de reduzir a viscosidade padrão do polímero de acrilamida em pelo menos 5%, vantajosamente em pelo menos 10%. Como uma comparação, uma mera hidrólise de grupos funcionais de cadeias laterais de, por exemplo, um copolímero à base de acrilamida não causa redução suficiente da viscosidade.
[00065] Em uma modalidade, o agente de degradação é selecionado a partir de agentes de degradação oxidantes, reduzindo agentes de degradação ou quaisquer combinações dos mesmos. De preferência, o agente de degradação é um agente redutor de degradação.
[00066] Em uma modalidade, o agente de degradação oxidante é selecionado a partir do grupo que consiste em percarbonato de sódio, hipoclorito de sódio, persulfato de sódio, persulfato de potássio, persulfato de amônio, peróxido de hidrogênio, perborato de sódio ou quaisquer combinações dos mesmos.
[00067] Em uma modalidade, o agente de degradação redutora é selecionado a partir do grupo que consiste em um composto de ferro, cloreto de estanho (II), boro-hidreto de sódio (NaBH4), ditionito de sódio ou quaisquer combinações dos mesmos. Reduzir os agentes de degradação pode proporcionar uma degradação mais rápida do que os agentes oxidantes.
[00068] O agente de degradação também pode ser um agente de degradação enzimática, tal como uma oxidase.
[00069] Em uma modalidade exemplificativa, o agente de degradação é selecionado a partir do grupo que consiste em um composto de ferro, boro-hidreto de sódio (NaBH4), ditionito de sódio, percarbonato de sódio, persulfato de sódio, persulfato de potássio, persulfato de amônio, peróxido de hidrogênio, perborato de sódio, para evitar a incorporação de cloretos.
[00070] Em uma modalidade preferida, o agente de degradação compreende um composto de ferro. Este composto é vantajosamente um composto ferroso tal como um sal ferroso ou um composto férrico tal como um sal férrico, estando estes disponíveis na forma de pó seco. Os compostos de ferro geralmente são compostos ecologicamente corretos.
[00071] O termo ferroso é usado de acordo com o seu significado usual para indicar um composto de ferro bivalente (estado de oxidação +2 ou Fe (II)). O termo férrico é usado de acordo com o seu significado usual para indicar um composto de ferro trivalente (estado de oxidação +3 ou Fe (III)).
[00072] Em uma modalidade exemplificativa, o sal ferroso compreende um ânion orgânico, um ânion inorgânico ou uma mistura dos mesmos. Em uma modalidade vantajosa, o sal ferroso é citrato ferroso, cloreto ferroso, brometo ferroso, fluoreto ferroso, sulfato ferroso, sulfato de ferro amônio ou as combinações dos mesmos.
[00073] Em uma modalidade, o agente de degradação contendo ferro compreende sulfato ferroso.
[00074] Em uma modalidade exemplificativa, o sal férrico compreende um ânion orgânico, um ânion inorgânico ou uma mistura destes. Em modalidades exemplares, o sal férrico é citrato férrico, cloreto férrico, brometo férrico, fluoreto férrico, sulfato férrico e as combinações dos mesmos.
[00075] O agente de degradação de polímero mais vantajoso para o uso na presente invenção é o sulfato de ferro (II). O sulfato de ferro, em particular o sulfato ferroso, é capaz de se dissolver e degradar em condições de suspensão da polpa ambiente, à etapa que os outros agentes de degradação requerem temperatura elevada para alcançar a mesma eficácia de degradação do polímero.
[00076] Juntamente com o composto de ferro ferroso ou férrico, pode ser usado outro agente de degradação de polímero, sendo esse agente selecionado vantajosamente a partir do grupo que consiste em persulfatos, peróxidos, clorito de sódio, cloreto de estanho (II) e percarbonatos.
[00077] Em uma modalidade, a quantidade do agente de degradação varia de 0,5 a 15% em peso do polímero de acrilamida, de preferência 1,0 a 12% em peso, e ainda mais de preferência 2,5 a 10% em peso, calculado como seco. No caso de o agente de degradação conter água cristalina, a expressão calculada como seca exclui a presença da água cristalina. Neste intervalo, a degradação da estrutura principal do polímero decorre de forma adequada, embora controlável, de modo a evitar que a degradação prossiga de forma demasiado extensa, causando desse modo um peso molecular muito baixo. A quantidade do agente de degradação é expressa excluindo a água potencial ligada.
[00078] Em uma modalidade, o teor de 0,5% em peso da estrutura principal do polímero de acrilamida em meio aquoso com adição de 600 ppm de sulfato de ferro (II) resultou em uma composição de GPAM estável via glioxilação no local. A solução GPAM estável resultante oferece resistência úmida prolongada no tempo (tração úmida após 30 min de embebição) em relação ao produto GPAM comercialmente disponível, em papéis de baixa gramatura, e oferece resistência a umidade igual ou melhor (tração úmida após 60 min de absorção) do que a Resina de resistência úmida PAE e GPAM convencional em papéis de alto peso molecular.
[00079] Em uma modalidade, o agente de reticulação polifuncional é um agente de reticulação bifuncional. Em uma modalidade preferida, o agente de reticulação polifuncional é um agente de reticulação de dialdeído que proporciona funcionalidade ao aldeído ao polímero reticulado, tornando o polímero reativo com celulose. De uma maneira mais preferida, o agente de reticulação é um glioxal, que é um dialdeído comum comercialmente disponível. O glioxal pode proporcionar uma reação de reticulação mais rígida comparada, por exemplo, para dialdeídos com maior comprimento de cadeia / número de átomos de carbono.
[00080] A reação de reticulação, tal como a própria glioxalação na presente invenção, pode ser qualquer reticulação conhecida ou óbvia, tal como a sequência de glioxalação. Um exemplo de uma descrição representativa para a realização de glioxalação é apresentado na US 8,435,382. Geralmente, o GPAM convencional é preparado fazendo reagir uma estrutura de poliacrilamida catiônica, com glioxal em uma solução aquosa levemente alcalina, pH desde cerca de 7 a 8, e estabilizando sob condições acídicas a um pH de cerca de 3 a 6.
[00081] Em uma modalidade, a quantidade do agente de reticulação polifuncional é de 5 a 80% em peso, de preferência de 8 a 60% em peso, de uma maneira mais preferida de 8 a 30% em peso do polímero de acrilamida, calculada como seca. As quantidades acima de 80% em peso podem fornecer uma velocidade de reação extremamente alta. Por outro lado, quantidades abaixo de 5% em peso podem fornecer uma taxa de reação excessivamente lenta. As quantidades até 60% em peso, especialmente até 30% em peso, podem fornecer velocidade de reação que é conveniente para o controle. Em uma modalidade, o agente de reticulação para a razão molar de unidade de acrilamida é pelo menos 0,4. Vantajosamente, o agente de ligação cruzada à relação molar de unidade de acrilamida é de 0,4 a 0,7.
[00082] Em uma modalidade, o polímero de acrilamida é um copolímero com origem em pelo menos 50% em mol de monômeros de acrilamida. Os agentes de ligação cruzada de dialdeído, como o glioxal, podem reagir com o grupo amida da acrilamida. Dessa maneira, o nível de monômero de acrilamida de pelo menos 50% em mol proporciona uma boa taxa de reticulação e nível de reticulação, aumentando assim o peso molecular do polímero reticulado e, dessa maneira, o desempenho de resistência deste na fabricação de papel.
[00083] Em uma modalidade, o polímero de acrilamida é um (co) polímero de acrilamida catiônico. Em uma modalidade, o polímero de acrilamida é um (co) polímero de acrilamida aniônico. Em uma modalidade, o polímero de acrilamida é um (co) polímero não iônico. A carga catiônica líquida é preferida, uma vez que a carga catiônica se liga eficazmente às fibras aniônicas e às partículas aniônicas no fornecimento de papel. Em certas outras situações de fabricação de papel, a carga líquida aniônica pode ser preferida, por exemplo, quando é desejada a interação com outras substâncias químicas catiônicas. Em certas outras situações de fabricação de papel, a não ionicidade pode ser preferida, por exemplo, quando a presença de cargas interferiria outras interações ocorrendo, ou quando o polímero não iônico compreende os monômeros hidrofóbicos como os grupos interagentes.
[00084] Em uma modalidade, o polímero de acrilamida é um copolímero de monômeros de acrilamida e catiônicos, em que os monômeros catiônicos são de preferência selecionados a partir do grupo que consistem em acrilato de 2-(dimetilamino) etila (ADAM), cloreto de [2-(acriloilóxi)etil]trimetilamônio (ADAM-Cl), metacrilato de 2- dimetilaminoetila (MADAM), cloreto de [2- (metacriloilóxi)etil]trimetilamônio (MADAM-Cl), cloreto de [3- (acriloilamino)propil]trimetilamônio (APTAC), cloreto de [3- (metacriloilamino)propil]trimetilamônio (MAPTAC) e cloreto de dialildimetilamônio (DADMAC). Em uma modalidade preferida, os monômeros catiônicos são selecionados a partir de entre cloreto de [2- (acriloilóxi)etil]trimetilamônio (ADAM-Cl), cloreto de [2-(metacriloilóxi) etil]trimetilamônio (MADAM-Cl) e cloreto de dialildimetilamônio (DADMAC) . As aminas quaternárias são os monômeros catiônicos preferidos porque a sua carga não é dependente do pH. De uma maneira mais preferida, o monômero catiônico é o cloreto de [2- (acriloilóxi)etil] trimetilamônio (ADAM-Cl).
[00085] Em uma modalidade, o polímero de acrilamida é um copolímero com origem em no mínimo 30 % em mol, de preferência no mínimo 25 % em mol e mais de preferência no mínimo 20 % em mol de monômeros catiônicos. Os copolímeros de acrilamida catiônica com origem em no máximo 30 % em mol de monômeros catiônicos têm o benefício da dosagem mais fácil comparada ao uso de polímeros catiônicos altamente carregados, cujo uso envolve o desafio da medição exata e risco de supercinação do circuito da máquina de papel. De uma maneira adicional, a redução da quantidade de monômeros catiônicos e o aumento das unidades de acrilamida disponíveis podem aumentar a taxa de reticulação, tal como a taxa de glioxilação e o equilíbrio da reticulação. A cationicidade pode ter um efeito na resposta da força do papel. Por exemplo, os monômeros catiônicos podem diminuir a resposta de resistência do papel com elementos de acabamento com baixo potencial zeta. Dessa maneira, em uma modalidade, a quantidade de monômeros catiônicos é no máximo 10% em mol com base no teor total de monômero. Tipicamente, o polímero de base compreende 8 a 25% em mol de monômeros catiônicos.
[00086] O polímero de acrilamida pode ser um polímero contendo acrilamida incluindo homopolímeros, copolímeros e terpolímeros de acrilamida incluindo poliacrilamida; derivados de poliacrilamida; poliacrilamida parcialmente hidrolisada; derivados de poliacrilamida parcialmente hidrolisados; homopolímeros, copolímeros e terpolímeros de metacrilamida; polímeros de acrilamida de diacetona; Polímeros de N-metilolacrilamida; polímeros de acrilamida redutores de fricção; e combinações dos mesmos. Em uma modalidade, o polímero de acrilamida é PVAm obtido por meio da hidrólise parcial ou completa de grupos das cadeias laterais de poli (N-vinilformamida).
[00087] Em uma modalidade, o método para a fabricação da composição aquosa de um polímero solúvel em água, estruturalmente modificado, compreende de uma maneira adicional tamponar o meio aquoso antes da introdução do agente de reticulação polifuncional nele. O pH da composição aquosa é subsequentemente ajustado por tamponamento da composição pela adição de solução tampão à mesma. Em uma modalidade, o pH do meio aquoso é ajustado para um valor de pelo menos 7,0, de um modo preferido, para um valor entre 7,0 e 7,5, proporcionando pH óptimo para a reação de reticulação de certos agentes de reticulação, tais como glioxal. Além disso, quanto maior o pH, maior é a taxa de degradação, especialmente quando se utilizam agentes redutores como o sulfato ferroso.
[00088] Quaisquer tampões que funcionem simultaneamente como um ácido fraco e uma base fraca, e sejam capazes de manter o pH desejado podem ser usados.
[00089] Em uma modalidade exemplificativa, o tampão é selecionado a partir de tampões de carbonato, tampões de fosfato, tampões de acetato, tampões de citrato, tampões de formiato, tampões de tris (tris = tris (hidroximetil) aminometano), tampões de ftalato ou qualquer uma das misturas dos mesmos.
[00090] O tampão pode ser preparado a partir de carbonato de sódio, bicarbonato de sódio, hidróxido de sódio, fosfato monobásico de sódio, fosfato dibásico de sódio, ácido acético, acetato de sódio, acetato de potássio ou qualquer uma das misturas dos mesmos.
[00091] Uma vez que a estrutura principal do polímero de acrilamida é degradado antes e / ou durante a reticulação, por exemplo, glioxilação, um nível de reticulação desejado pode ser conseguido sem gelificar a mistura da reação. Em uma modalidade, a composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado tem uma viscosidade aparente de no mínimo 50 mPas, de uma maneira preferida no mínimo 20 mPas, mais de preferência no mínimo 15 mPas, medida a 25 o C usando o viscosímetro Brookfield DVII T. Quando a viscosidade do volume é de, no máximo, 50 mPas, a composição é mais fácil de dosear e a superfloculação é mais fácil de evitar.
[00092] O teor de sólidos da composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado pode ser no máximo 5% em peso, de preferência no máximo 3% em peso, e mais de preferência em torno de 2% em peso. Usando tais teores com baixo teor de sólidos, podem evitar-se viscosidades elevadas, tornando assim a composição mais fácil de manusear e por exemplo misturar com os móveis.
[00093] A composição aquosa típica de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção tem uma viscosidade intrínseca (IV) de pelo menos 0,5 dl / g, de preferência pelo menos 0,7 dl / g e mais de preferência pelo menos 1,0 dl / g, determinada por GPC; a referida composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado, de um modo preferido, obtida pelo modo de acordo com a presente invenção. O sistema GPC adequado e condições de medição são descritos mais especificamente no Exemplo 6.
[00094] Em uma modalidade típica da presente invenção, um índice de polidispersão (Mw / Mn) do polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção é < 5,0, de preferência < 4,0 e mais de preferência < 3,5. Uma massa molar média (Mw) típica de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção é de pelo menos 0,5 mg / mol, de preferência pelo menos 0,7 mg / mol e mais de preferência pelo menos 1,0 mg / mol. Um número de massa molar média (Mn) de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com uma modalidade típica da presente invenção é pelo menos 2,8 x105 g / mol, de preferência pelo menos 3,0 x105 g / mol e mais de preferência pelo menos 3,2 x105 g / mol. Mw, Mn e índice de polidispersividade (Mw / Mn) são determinados por GPC. O sistema GPC adequado e as condições de medição são descritos mais detalhadamente no Exemplo 6.
[00095] De acordo com uma modalidade preferida da presente invenção, o polímero de poliacrilamida solúvel em água, estruturalmente modificado, é uma poliacrilamida glioxilada. De preferência, a poliacrilamida glioxilada é obtida por meio do método de acordo com a presente invenção.
[00096] Em uma modalidade é proporcionado um produto intermediário seco adequado para o uso no método da presente descrição, em que o produto intermediário compreende uma mistura de um polímero de acrilamida catiônico, aniônico ou não iônico seco possuindo uma viscosidade padrão de pelo menos cerca de 1 mPas, medida em 0,1% em peso da concentração de polímero em NaCl a 1 M, a 25, pH 8,0 a 8,5, usando viscosímetro Brookfield DVII T e um agente de degradação seco capaz de reduzir a viscosidade do polímero de acrilamida em um ambiente aquoso clivando a estrutura principal do polímero de acrilamida. Os materiais e propriedades vantajosos a serem aplicados ao intermediário seco são aqueles já discutidos na descrição do método e composição da presente invenção.
[00097] Como o polímero de acrilamida usado na presente descrição pode ter um peso molecular excepcionalmente alto, até CPAMs secos podem ser usados. Dessa maneira, um produto intermediário seco contendo CPAM seco e agente de degradação seco pode ser formulado, e transportado para o local de uso, e reticulado tal como glioxilado no local antes do uso, economizando os custos de transporte, comparado a, por exemplo, GPAMs convencionais com conteúdo de sólidos em torno de 10 s 15% em peso. Também a desvantagem geralmente conhecida de GPAM, nomeadamente a instabilidade, pode ser evitada devido à reticulação no local, tal como a glioxilação, e o uso direto ou logo após a glioxilação. Dessa maneira, os níveis de glioxilação desejados podem ser obtidos incorporando até mesmo um alto nível de funcionalidades de aldeído no polímero, aumentando assim a capacidade de ligação de celulose do polímero solúvel estruturalmente modificado e desempenho na produção de papel, sem o inconveniente de gelificar durante a armazenagem.
[00098] Em uma modalidade exemplificativa da presente invenção, CPAM seco e agente de degradação seco, por exemplo, um composto de ferro, são misturados e esta mistura é introduzida em água de decomposição a uma temperatura elevada tal como de 35 a 38 ° C. A composição aquosa formada é misturada por exemplo, a uma velocidade de agitação de cerca de 350 rpm durante cerca de 10 minutos. O pH da composição aquosa é subsequentemente ajustado por tamponamento da composição por meio da adição de solução tampão à mesma. A mistura é continuada por exemplo cerca de 20 minutos, e subsequentemente, é introduzida uma composição aquosa de glioxal. A mistura é ainda continuada durante cerca de 40 minutos, após o que a composição aquosa é bombeada para um tanque de armazenamento. Dessa maneira, a composição aquosa formada é estável durante pelo menos 24 h.
[00099] A dosagem do polímero solúvel em água estruturalmente modificado de acordo com a presente invenção é vantajosamente de 0,4 a 2,3 kg / 907 kg (cerca de 1 a 5 lb / ton) de matéria seca de papel.
[000100] Um produto de papel contendo o polímero solúvel em água estruturalmente modificado da presente invenção tem maior resistência seca e úmida, bem como maior teor de enchimento no caso de um tipo de papel preenchido, devido a uma retenção melhorada, em comparação com papel fabricado usando, por exemplo, GPAM convencional.
[000101] O polímero solúvel em água, estruturalmente modificado, da presente invenção aumenta a drenagem e a resistência úmida da trama, permitindo assim velocidades de funcionamento mais elevadas em comparação com o papel fabricado usando, por exemplo, GPAM convencional.
[000102] Devido ao peso molecular ultra-alto e / ou à nova estrutura de rede, o polímero solúvel em água estruturalmente modificado da presente descrição proporciona um desempenho notavelmente melhorado sobre, por exemplo, GPAM convencional quando usado na fabricação de papel, incluindo melhor resistência à tração a seco e a úmido, melhor retenção e melhor drenagem, e melhor operabilidade.
[000103] Em particular, o produto de papel de acordo com a presente invenção é papel de seda tal como papel de cozinha ou papel de embalagem, papelão ou papel de carta. A presente invenção estende o tempo em que o produto de papel, quando molhado, mantém sua integridade, enquanto deixa que ele se desintegre após ter cumprido sua finalidade e ser descartado.
[000104] A presente invenção é ainda ilustrada por meio dos seguintes exemplos não limitativos.
PARTE EXPERIMENTAL
[000105] É proporcionada uma composição aquosa de copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfato ferroso de glioxal de peso molecular ultra elevado ("novo GPAM") para o uso, por exemplo, como um agente de força úmida não PAE. O objetivo era desenvolver um produto que pudesse fornecer altas respostas de resistência seca e úmida e uma baixa taxa de decaimento à força úmida para substituir os produtos comerciais de poliamidoamina epicloridrina (PAE) comumente usados como agentes permanentes de resistência úmida na fabricação de papel.
[000106] O agente de degradação de acordo com a presente invenção é simples de usar e permite o procedimento de preparação de lotes no local usando equipamento simples. Além disso, a composição da presente invenção é mais econômica do que usando, por exemplo, os produtos PAE comerciais ou um produto GPAM convencional. O mesmo ou ainda melhor desempenho de força foi obtido com custo reduzido.
[000107] A estrutura principal do copolímero de acrilamida catiônico seca é usada nos exemplos, permitindo uma melhor logística e robustez de custo e produto para condições climáticas difíceis.
Determinação da viscosidade padrão do polímero
[000108] A viscosidade padrão é usada para indicar os pesos moleculares para polímeros com pesos moleculares superiores a 1 milhão de Dalton. A viscosidade padrão é determinada com um viscosímetro Brookfield DVII T. A solução de polímero em água a 0,2% em peso é diluída para 0,1% em peso com solução de NaCl a 11,7% em peso para preparar uma solução 50:50 de polímero e 11,7% em peso de NaCl em um copo de 250 ml, isto é, 0,1% em peso concentração de polímero em NaCl a 1M. Então, o pH da solução de polímero diluído em sal a 0,1% em peso é ajustado para pH 8,0 a 8,5 por meio da solução diluída de NaOH ou solução de H2SO4 antes da medição da viscosidade. 19 ml de solução são retirados usando um cilindro graduado, e lentamente despejados na câmara Brookfield SV e a temperatura da solução de SV na câmara é ajustada para 25 ° C. A viscosidade de 0,1% em peso da solução é medida a 25 ° C, usando o fuso # 00, sendo a velocidade do fuso 60RPM. A unidade de SV é centipoise (cP).
Determinação da viscosidade volumétrica
[000109] A viscosidade volumétrica é usada para indicar a viscosidade de uma solução aquosa de polímero no teor de sólidos predominante. A viscosidade volumosa é determinada com um viscosímetro Brookfield DVII T a 25 ° C. A unidade de viscosidade a granel é igualmente centipoise (cP).
Exemplo 1
[000110] Um copolímero de poliacrilamida catiônica seco "HMW CPAM” com 8 a 13 % em mol de conteúdo de monômero catiônico (ADAM-Cl) com base no teor total de monômero, e tendo uma faixa de peso molecular de 15 a 20 milhões de Dalton, facilmente degradado e dissolvido em água à temperatura da água ambiente. O tempo de dissolução do polímero seco foi de cerca de 1 hora. A quantidade do copolímero na solução foi de 0,5% em peso. Várias quantidades de sulfato de ferro (II) (FeSO4 * 7H2O), 0, 300, 600, 900 ppm, foram adicionadas e os níveis de viscosidade das soluções foram determinados.
[000111] Os resultados são apresentados na Figura 1. Verifica-se que, em geral, a viscosidade diminuiu à medida que o teor de sulfato de ferro (II) na solução aquosa aumentada, indicando uma diminuição do peso molecular a partir do polímero da estrutura principal CPAM de HMW (peso molecular elevado) inicial. Quando o teor em sulfato de ferro (II) da solução foi aumentado para 600 ppm, foi atingido um peso molecular óptimo do polímero para produzir uma composição aquosa estável do copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfato ferroso de glioxal ("novo GPAM”) proporcionando a eficácia máxima da resistência úmida para o papel a ser produzido.
[000112] Uma comparação das viscosidades padrão das soluções aquosas de CPAM, indicando os pesos moleculares dos polímeros, é apresentada na Tabela 1. HMW CPAM é um copolímero de acrilamida catiônico não degradado, HMW CPAM degradado é o mesmo mas clivado com sulfato de ferro (II), isto é, pronto para glioxilação no local e CPAM de baixo peso molecular (LMW) é um copolímero de acrilamida catiônico não degradado usado como um polímero de base para a fabricação de GPAM FB3000 convencional. Tabela 1.
Figure img0001
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[000113] A composição de acordo com a presente invenção produziu uma viscosidade padrão polimérica, indicativa do peso molecular do polímero, muito maior do que CPAM LMW usado como um polímero principal para a fabricação de GPAM convencional. O peso molecular do polímero é o fator chave para controlar a hidrólise da rede GPAM- celulose. O alto peso molecular do polímero da estrutura principal reduz a hidrólise da nova rede de celulose GPAM e promove o desenvolvimento permanente da resistência úmida.
Exemplo 2
[000114] Um lote de 1890 l (500 galões) de composição aquosa do copolímero de acrilamida catiônico de elevado peso molecular, reticulado com glioxal, sulfato ferroso clivado ("novo GPAM”) de acordo com a presente invenção foi fabricado. O esquema de processo para a preparação é mostrado na Figura 2a.
[000115] 31,7 kg (69,7 lb) de produto intermediário seco de poliacrilamida catiônica seca (95% em peso) com viscosidade padrão de 3,54 mPas (correspondendo a média de PM de cerca de 10-15 MDa) tendo um conteúdo de monômero catiônico de 10 % em mol correspondente a densidade de carga de cerca de 1,2 meq / g, e um agente de degradação seco (FeSO4 * 7H2O, 5% em peso, ou seja, incluindo a água cristalina) foi misturado com 1810 kg (3982,8 lb) de água quente (42 ° C), até dissolvido. Adicionou-se 44,9 l (11,87 galões) de uma solução tampão a 12% em peso (NaHCO3, pH 10) à razão de 11 a 15 l (3 a 4 galões) por minuto. Após 20 minutos, 13 l (3,43 galões) de glioxal a 40% foram adicionados a 7,6 l (2 galões) por minuto, depois misturados 40 min e bombeados para o tanque de armazenamento.
[000116] Verificou-se que a composição aquosa do copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfóxido ferroso de glioxal ("novo GPAM”) era estável pelo menos durante 24 h.
Exemplo 3
[000117] A composição aquosa do copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfóxido ferroso de glioxal ("novo GPAM”) de acordo com a presente invenção foi testada como agente de resistência a úmido e a seco em papel de alta gramatura na gama de pesos de cartão, usando GPAM convencional (FB 3000) e resina de resistência a umidade PAE convencional (FS 4063) ao nível de dosagem de produto de 1,36 kg / ton (cerca de 3 lb / ton) como comparações. As folhas manuais com um peso básico de 50 kg / 307m2 (cerca de 110 lb / 3300ft2) foram feitas e testadas por meio dos métodos padrão de folhas manuais. Foram avaliadas duas condições de preparação de folhas manuais, nomeadamente (i) condição acídica de fabricação de papel em uma caixa de cabeça pH 5,5 e (ii) condição de fabricação de papel alcalino em uma caixa de cabeça pH 7,5 e alcalinidade ajustada com 150 ppm de NaHCO3.
[000118] Para as condições ácidas, as resistências à tração úmidas e secas resultantes, medidas após 1 hora de imersão em água, são mostradas nas Figuras 3 e 4, respectivamente. Os resultados mostram que o novo GPAM é capaz de fornecer forças úmidas e secas permanentes significativamente mais elevadas do que as convencionais PAE e GPAM a um nível de dosagem igual (representado no início do eixo de dosagem embora tendo uma dosagem de cerca de 3 lb / ton). Usando o novo GPAM de acordo com a presente descrição, os valores de resistência a úmido e a seco aumentaram com o nível de dosagem.
[000119] Quando a condição de fabricação de papel foi alterada para alcalina, o desempenho de resistência a úmido do novo GPAM caiu um pouco em comparação com a condição ácida de produção de papel. No entanto, o novo GPAM ainda era capaz de fornecer uma eficiência de resistência úmida igual à resina de resistência úmida PAE convencional (FS 4063), mostrada na Figura 5. O novo GPAM produziu um desempenho de resistência úmida permanente muito maior em relação ao GPAM convencional (FB 3000) em ambas as condições típicas de fabricação de papel.
Exemplo 4
[000120] A composição aquosa do copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfóxido ferroso de glioxal ("novo GPAM") de acordo com a presente invenção foi testada como agente de resistência umidade em papel leve, usando resina de resistência úmida convencional GPAM (FB 3000) e convencional PAE (FS 4063) no nível de dosagem do produto de 2,7 kg / ton (cerca de 6 lb / ton) como comparações. As folhas manuais com um peso básico de 18 kg / 307 m2 (cerca de 40 lb / 3300ft2) foram feitas e testadas por meio dos métodos padrão de folhas manuais. Adicionou-se 130 ppm de NaHCO3 para criar uma condição final úmida natural a pH 7,6. Os resultados são mostrados nas Figuras 6 e 7.
[000121] A Figura 6 mostra que o novo GPAM de acordo com a presente descrição (A presente invenção) produziu uma resistência à umidade e uma resistência em seco muito mais elevadas em relação ao GPAM convencional (FB 3000). Além disso, a resistência a seco em relação à resina convencional de resistência a umidade PAE (FS 4063) foi aumentada.
[000122] A Figura 7 mostra que a hidrólise das novas redes de celulose reticulada com GPAM foi significativamente reduzida, como pode ser observado a partir das taxas de decaimento da resistência à umidade úmida de 30 minutos diminuídas, indicando adequação do novo GPAM como agente permanente de resistência à umidade e, por exemplo, como uma substituição de resinas PAE.
Exemplo 5
[000123] A nova composição aquosa do copolímero de acrilamida catiônico de ligação cruzada de sulfóxido ferroso de glioxal ("novo GPAM”) obteve uma melhoria excepcional na drenagem em comparação com o GPAM convencional (FB3000) e o PAE convencional a um nível de dosagem igual. O novo GPAM foi testado como um auxiliar de drenagem em um estoque reciclado de resíduos mistos de escritório (MOW) de drenagem muito lenta sob condições alcalinas de fabricação de papel, usando GPAM e PAE convencional no nível de dosagem do produto de 6 lb / ton como comparações. O estoque reciclado de MOW com 0,6% de consistência teve a muito baixa liberdade de estoque de 248 CSF e nível de condutividade de estoque muito alto de 2800 μs / cm. O pH do fornecimento de pasta foi ajustado para 7,5 com NaHCO3 e outros sais. Um analisador dinâmico de drenagem (DDA) foi usado durante todo o teste. O tempo de desidratação e permeabilidade ao ar foram determinados usando a unidade DDA. A pressão exterior foi ajustada para 200 mbar no experimento. Uma gramatura de 375 g / m2 foi usada. A combinação do menor tempo de drenagem e menor permeabilidade ao ar é o melhor programa de drenagem. Os tempos detalhados de drenagem e permeabilidade ao ar são mostrados na Tabela 2. Tabela 2. Desempenho de Drenagem a Vácuo
Figure img0003
[000124] A partir da Tabela 2, pode-se observar que não há diferença significativa de desempenho entre a resina bruta e a resina PAE. O GPAM convencional apresentou uma modesta melhora na drenagem em relação ao PAE branco e convencional. O novo GPAM de acordo com a presente invenção alcançou uma melhoria excepcional na drenagem em comparação com o GPAM e o PAE convencionais a um nível de dosagem igual.
Exemplo 6
[000125] O objetivo deste exemplo foi caracterizar as amostras de poliacrilamida glioxilada (GPAM) de acordo com a presente invenção em termos de distribuição do peso molecular (MWD) e momentos (Mn, Mw, Mz) e viscosidade intrínseca (IV) usando a Cromatografia de Permeação em Gel (GPC). Condições experimentais: • Sistema GPC: Viscotek TDA 305, GPCmax VE 2001 • Detectores: UV, índice de refração (RI), espalhamento de luz de ângulo duplo (90 ° e 7 °) e viscosímetro diferencial • Colunas: Viscotek A7Guard 50 x 8,0 mm, PSS Novema Max ultra alto, PSS Novema Max 100A • Eluente: CH3COOH a 0,6 M + NaNO3 a 0,1 M • Vazão: 0,7 mL / min • Temperatura: 30 ° C • Volume de Injeção: 100 μL
[000126] Antecedentes teóricos, algumas características do polímero calculadas no contexto GPC:
[000127] 1. Concentração, C, a partir dos dados do detector de índice de refração (IR), de acordo com:
Figure img0004
[000128] onde CF é uma constante do detector, RI é o sinal medido e dn / dc é o incremento do índice de refração do polímero no solvente NaNO3 usado
[000129] 2. Distribuição de peso molecular (MWD) e momentos da distribuição, Mn, Mw, Mz. O peso molecular, M, de um polímero em solução é calculado a partir da dispersão de luz (LS) e os dados RI usando a equação de Rayleigh descrevem a relação da luz difundida das moléculas poliméricas dissolvidas pela chamada relação Raleigh, da concentração de polímero e o peso molecular:
Figure img0005
[000130] onde K é uma constante óptica, A2 o segundo coeficiente virial e P (θ) o fator de estrutura. Em seguida, os momentos de distribuição Mn, Mw, Mz são computados, usando suas equações definidoras.
[000131] 4. Viscosidade intrínseca, [n], calculada com base nos dados de viscosidade e IR; o viscosímetro fornece um sinal proporcional à viscosidade específica da amostra, nsp, que juntamente com a concentração de RI, permite o cálculo [n]:
Figure img0006
[000132] As amostras e os resultados das experiências GPC feitas em NaNO3 a 0,1 M são apresentados na Tabela 3. Um valor dn / dc de 0,18 foi usado no cálculo de MWD para todas as amostras. Tabela 3. Resultados de experiências de GPC feitas em NaNOβ a 0,1 M: momentos de distribuição de peso molecular (MWD): Mn, Mw, Mz e viscosidade intrínseca (IV).
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Claims (15)

1. Método para a fabricação de uma composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado para o uso na fabricação de papel, caracterizado pelo fato de que o método compreende (i) proporcionar um polímero de acrilamida possuindo uma viscosidade padrão de pelo menos cerca de 1 mPas, medida a 0,1% em peso da concentração de polímero em NaCl a 1 M, a 25°C e pH 8,0 a 8,5, usando viscosímetro Brookfield DVII T, em um meio aquoso, (ii) incorporar no referido meio aquoso um agente de degradação capaz de reduzir a viscosidade padrão do polímero de acrilamida no ambiente aquoso clivando uma estrutura do polímero de acrilamida, e (iii) reticular o polímero de acrilamida sujeito a clivagem por meio da introdução de um agente de reticulação polifuncional ao referido meio aquoso para obtenção da composição aquosa de polímero solúvel em água estruturalmente modificado.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero de acrilamida tem uma viscosidade padrão de pelo menos 1,2 mPas, de uma maneira preferida pelo menos 1,5 mPas, mais de preferência pelo menos 2,0 mPas, medida a 0,1% em peso de concentração de polímero em NaCl a 1 M, a 25 ° C, pH 8,0 a 8,5, usando o viscosímetro Brookfield DVII T.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a etapa (iii) é iniciada depois de todo o agente de degradação ter sido incorporado no meio aquoso na etapa (ii).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o agente de degradação é um agente de degradação oxidante, um agente de degradação redutora, ou quaisquer combinações dos mesmos, em que - o agente de degradação oxidante é selecionado a partir do grupo que consiste em percarbonato de sódio, hipoclorito de sódio, persulfato de sódio, persulfato de potássio, persulfato de amônio, peróxido de hidrogênio, perborato de sódio ou qualquer combinação dos mesmos, e -o agente de degradação é um agente de degradação redutora selecionado a partir do grupo consistindo em um composto de ferro, cloreto de estanho (II), boro-hidreto de sódio (NaBH4), ditionito de sódio, ou quaisquer combinações dos mesmos, de uma maneira preferida, o agente de degradação de redução é um composto de ferro, de uma maneira mais preferida sulfato de ferro (II).
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a quantidade do agente de degradação é de 0,5 a 15% em peso do polímero de acrilamida, de preferência 1,0 a 12% em peso, e mais de preferência 2,5 a 10% em peso, calculado como seco.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o agente de reticulação polifuncional é um agente de reticulação bifuncional, de uma maneira preferida um agente de reticulação de dialdeído, e mais de preferência um glioxal.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a quantidade do agente de reticulação polifuncional é de 5 a 80% em peso, de preferência de 8 a 60% em peso, e ainda de uma maneira mais preferida de 8 a 30% em peso do polímero de acrilamida, calculado como seco.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o polímero de acrilamida é copolímero com origem em pelo menos 50% em mol de monômeros de acrilamida, e no máximo 30% em mol, de uma maneira preferida no máximo 25% em mol e de uma maneira mais preferida no máximo 20% em mol de monômeros catiônicos
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o polímero de acrilamida é um copolímero de acrilamida e monômeros catiônicos, em que os monômeros catiônicos são de preferência selecionados a partir do grupo consistindo em acrilato de 2-(dimetilamino)etila (ADAM), [2- Cloreto de (acrilóxi)etil]trimetilamônio (ADAM-Cl), metacrilato de 2- dimetilaminoetila (MADAM), cloreto de [2-(metacriloilóxi)etil] trimetilamônio (MADAM-Cl), cloreto de [3-(acriloilamino)propil] trimetilamônio (APTAC) Cloreto de [3-(metacriloilamino)propil] trimetilamônio (MAPTAC) e cloreto de dialildimetilamônio (DADMAC).
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o método compreende de uma maneira adicional tamponar o meio aquoso antes da introdução do agente de reticulação polifuncional nele, preferencialmente a um pH do meio aquoso é ajustado para um valor de pelo menos 7,0, de uma maneira preferida para um valor entre 7,0 e 7,5.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a composição aquosa tem uma viscosidade de no máximo 50 mPas, de uma maneira preferida no máximo 20 mPas, mais de preferência no máximo 15 mPas, medida a 25 ° C usando o viscosímetro Brookfield DVII T.
12. Composição aquosa de um polímero de poliacrilamida solúvel em água estruturalmente modificado, caracterizada pelo fato de que a composição aquosa de polímero solúvel em água estruturalmente modificado é obtida a partir do método de acordo com quaisquer uma das reivindicações 1 a 11 e uma viscosidade intrínseca do polímero solúvel em água estruturalmente modificado é de pelo menos 0,5 dl / g, de preferência pelo menos 0,7 dl / g e mais de preferência pelo menos 1,0 dl / g, como determinado por meio da cromatografia de permeação em gel (GPC).
13. Composição aquosa, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que um índice de polidispersão (Mw / Mn) do polímero solúvel em água estruturalmente modificado é <5,0, de preferência <4,0 e mais de preferência <3,5, conforme determinado por meio da cromatografia de permeação em gel (GPC).
14. Composição aquosa, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 ou 13, caracterizada pelo fato de que o teor de sólidos da composição aquosa do polímero solúvel em água estruturalmente modificado é no máximo 5% em peso, de preferência no máximo 3% em peso e mais de preferência em torno de 2% em peso.
15. Uso de uma composição aquosa de um polímero solúvel em água estruturalmente modificado como definida em qualquer uma das reivindicações 12 a 14 ou obtida por meio do método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11 caracterizado pelo fato de que é em um processo de fabricação de papel para aumentar a resistência do papel, drenagem e/ou retenção.
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