BRPI0609733A2 - soluções aquosas de abrilhantadores ópticos - Google Patents

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BRPI0609733A2
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Andrew Clive Jackson
Alec Stewart Tindal
Mariela Gauto
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Abstract

SOLUçõES AQUOSAS DE ABRILHANTADORES óPTICOS. A presente invenção refere-se a soluções aquosas de abrilhantadores ópticos de estilbeno, estáveis durante o armazenamento, contendo álcoois polivinílicos, que podem ser diretamente usadas pelo fabricante de papel, podendo ser diluídas com água e/ou serem compostas diretamente dentro de uma composição de revestimento, proporcionando papéis revestidos de uma particular alta brancura.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SOLUÇÕES AQUOSAS DE ABRILHANTADORES ÓPTICOS".
A presente invenção refere-se a soluções aquosas de abrilhan-tadores ópticos de estilbeno, estáveis de armazenamento, contendo álcooispolivinílicos, que podem ser diretamente usadas por um fabricante de papel.
É bem conhecido que a brancura e, portanto, a característicaatrativa de papéis revestidos, pode ser aperfeiçoada pela adição de abrilhan-tadores ópticos à cobertura de revestimento. A fim de satisfazer a demandapara papéis revestidos de maior brancura, existe a necessidade de abrilhan-tadores ópticos mais eficientes.
O documento de patente WO 96/00221 descreve abrilhantadoresde estilbeno tetrassulfonados derivados de aminoácidos para uso em papel,têxteis e detergentes. Os álcoois polivinílicos são incluídos em uma lista deaditivos que são ditos como impulsionadores do desempenho dos abrilhan-tadores, quando aplicados na superfície do papel.
O documento de patente WO 98/42685 descreve abrilhantado-res de estilbeno hexassulfonados produzidos mediante uso de certos amino-ácidos, desaprovando os compostos do documento WO 96/00221. Tambémé descrito um método para o abrilhantamento fluorescente de uma superfíciede papel, mediante aplicação do abrilhantador como parte de uma composi-ção de revestimento pigmentada, a qual também compreende álcool poliviní-lico como um co-aglutinante ou colóide protetor solúvel em água.
O documento de patente EP 1355004 descreve o uso de certosabrilhantadores de estilbeno que não são derivados de aminoácidos paraabrilhantamento de coberturas de revestimento aquosas que compreendempelo menos um aglutinante de látex e pelo menos um co-aglutinante sintéticodiferente do mesmo. Os álcoois polivinílicos são citados como sendo os co-aglutinantes sintéticos preferidos.
O documento de patente japonesa Kokai 62-106965 descrevecertos abrilhantadores de estilbeno hexassulfonados derivados de aminoáci-dos. Os abrilhantadores são reivindicados como sendo bastante efetivos pa-ra o abrilhantamento fluorescente do papel e podem ser aplicados à superfíciedo papel como parte de uma solução de engomagem ou de uma composi-ção de revestimento pigmentada. O álcool polivinilico é mencionado comoum componente possível da solução de engomagem.
Muito embora seja conhecido do estado da técnica que o álcoolpolivinilico, dentre outros compostos, pode incrementar o desempenho doabrilhantamento, até o presente momento, o fabricante de papel quando de-seja usar o dito álcool, tem que adicionar o mesmo separadamente à cober-tura de revestimento. Portanto, existe ainda uma necessidade de simplificaro processo de preparação de papéis revestidos brilhosos.
Foi agora surpreendentemente descoberto que se torna possívelproduzir soluções estáveis de armazenamento, consistindo essencialmenteem um abrilhantador óptico de estilbeno e um álcool polivinilico, que podeser usada diretamente pelo fabricante de papel, podendo ser diluída comágua e/ou ser composta diretamente dentro de uma composição de revesti-mento, para proporcionar papéis revestidos de uma particular alta brancura.
Assim, a invenção proporciona soluções aquosas de abrilhanta-dores ópticos consistindo essencialmente em:
a) pelo menos um abrilhantador óptico de fórmula (1)
<formula>formula see original document page 3</formula> em que:
M é hidrogênio, um átomo de metal alcalino, amônio ou um cá-tion derivado de uma amina, preferivelmente, hidrogênio ou sódio, mais pre-ferivelmente, sódio;
- n é 1 ou 2; e
- X é um aminoácido natural ou não-natural, do qual um átomode hidrogênio do grupo amino foi removido;
b) álcool polivinilico tendo um grau de hidrólise maior que 75% euma viscosidade Brookfield de 2-40 mPa.s (solução aquosa a 4% pe-so/peso, temperatura de 20°C); e
c) água.
Nos abrilhantadores ópticos em que n é 1, o grupo SO3M se dis-põe preferivelmente na posição 4 do anel de fenila.
Nos abrilhantadores ópticos em que n é 2, os grupos S03M sãodispostos preferivelmente nas posições 2,5 do anel de fenila.
Exemplos de aminoácidos a partir dos quais X pode ser derivado,incluem: alanina, ácido 2-aminobutírico, asparagina, ácido aspártico, S-carbo-ximetilcisteína, ácido cistéico, cisteína, ácido glutâmico, glutamina, glicina, ácidoiminodiacético, isoleucina, leucina, metionina, N-metiltaurina, norleucina, norvali-na, fenilalanina, 2-fenilglicina, ácido pipecolínico, prolina, sarcosina, serina, tauri-na, treonina e valina. Quando o aminoácido contém um centro quirálico, tan-to um isômero óptico como uma mistura racêmica, podem ser usados.
Os aminoácidos preferidos são ácido aspártico, ácido glutâmicoe ácido iminodiacético.
As soluções aquosas podem conter até 10% em peso de sal,tipicamente, cloreto de sódio, formado como subproduto a partir da produçãodo abrilhantador óptico.
As soluções aquosas podem também conter um ou mais agen-tes anticongelamento, biocidas, agentes complexantes ou outros aditivos,assim como, subprodutos orgânicos formados durante a preparação do abri-lhantador óptico.
O álcool polivinílico, preferivelmente, possui um grau de hidrólisemaior ou igual a 80% e uma viscosidade Brookfield de 2-20 mPa.s.
Preferivelmente, a proporção em peso do álcool polivinílico parao abrilhantador óptico se dispõe na faixa de 0,01:1 a 1,5:1. Mais preferivel-mente, a proporção se dispõe na faixa de 0,03:1 a 1:1.
O teor de água da solução é de tal forma adequado, que a soluçãoé ainda agitável e preferivelmente, pode ser facilmente derramada; em solu-ções concentradas, a concentração do abrilhantador óptico é vantajosamentena faixa de 6 a 60%, preferivelmente, de 10 a 50% em peso, da solução.O pH das soluções aquosas é preferivelmente variável de neutroa claramente alcalino, em particular, na faixa de pH 7 a pH 10. O pH, se ne-cessário, pode ser ajustado através da adição de bases M correspondentes,por exemplo, hidróxidos ou carbonatos de metal alcalino, amônia ou aminas.
As soluções de abrilhantadores ópticos da invenção são estáveisdurante o armazenamento e podem ser usadas diretamente como tais, po-dendo ser diluídas com água e/ou compostas diretamente dentro de umacomposição de revestimento. Assim, um adicional objetivo da invenção é aadição das soluções de abrilhantadores a composições de revestimento, afim de se obter um papel revestido e opticamente brilhoso.
Portanto, a invenção também proporciona um processo paraprodução de papel revestido, o qual é pelo menos no revestimento optica-mente brilhoso, em que uma composição de revestimento, conforme descritoacima é revestida sobre o papel após a formação da folha.
As composições de revestimento são composições essencial-mente aquosas, contendo pelo menos um aglutinante e um pigmento bran-co, em particular, um pigmento branco opacificante e podem ainda conteroutros aditivos, tais como, agentes de dispersão e desespumantes.
Também, é possível se produzir composições de revestimentoque são livres de pigmentos brancos, onde os melhores substratos brancospara impressão são feitos usando composições de revestimento opacas quecontêm 10-70% em peso de pigmento branco. Esses pigmentos brancossão, geralmente, pigmentos inorgânicos, por exemplo, silicatos de alumínio(caulim, conhecido também como porcelana), carbonato de cálcio (giz), dió-xido de titânio, hidróxido de alumínio, carbonato de bário, sulfato de bário ousulfato de cálcio (gesso).
Os aglutinantes podem ser quaisquer daqueles comumente usa-dos na indústria do papel para a produção de composições de revestimentoe podem consistir em um aglutinante único ou de uma mistura de aglutinan-tes principais e secundários. O aglutinante único ou principal é preferivel-mente um látex sintético, tipicamente, um polímero de estireno-butadieno,acetato de vinila, estireno-acrílico, vinil-acrílico ou etileno-acetato de vinila. Oaglutinante secundário pode ser, por exemplo, amido, carboximetilcelulose,caseína, polímeros de soja ou álcool polivinílico.
O aglutinante único ou principal é usado em uma quantidade,tipicamente, na faixa de 5-25% em peso de pigmento branco. O aglutinantesecundário é usado em uma quantidade, tipicamente, na faixa de 0,1-10%em peso de pigmento branco.
O abrilhantador óptico de fórmula (1) é usado em uma quantida-de, tipicamente, na faixa de 0,01-1% em peso de pigmento branco, preferi-velmente, na faixa de 0,05-0,5% em peso de pigmento branco.
Exemplos
Os exemplos seguintes devem explicar a presente invenção emmaiores detalhes. Caso não seja indicado em contrário, "%" e "partes" sãoexpressos em peso; as viscosidades são medidas em uma solução aquosa a4%, à temperatura de 20eC, usando um viscosímetro Brookfield.
Exemplo Preparativo 1A
A solução de abrilhantador óptico (1a) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
-13,1 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (4);
- 6,3 partes de um álcool polivinílico tendo um grau de hidrólisede 98,5% e uma viscosidade Brookfield de 2,75 mPa.s; e
- 80,6 partes de água, mantendo-se o aquecimento à temperatu-ra de 90-959C, até que uma solução transparente seja obtida e permaneçaestável após resfriamento para a temperatura ambiente. O pH da solução éajustado para 9,0 com hidróxido de sódio.
<formula>formula see original document page 6</formula>Exemplo Preparativo 1B
A solução de abrilhantador óptico (1b) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
-15,1 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (5);
- 6,3 partes de um álcool polivinílico tendo um grau de hidrólisede 98,5% e uma viscosidade Brookfield de 2,75 mPa.s; e
- 78,6 partes de água, mantendo-se o aquecimento à temperatu-ra de 90-95-C, até que uma solução transparente seja obtida e permaneçaestável após resfriamento para a temperatura ambiente. O pH da solução éajustado para 9,0 com hidróxido de sódio.
<formula>formula see original document page 7</formula>
Exemplo Preparativo 1C
Exemplo Comparativo (sem álcool polivinílico)
A solução de abrilhantador óptico (1c) é produzida mediante agitação conjunta de:
- 15,1 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (5); e
- 84,9 partes de água, o pH da solução é ajustado para 9,0 comhidróxido de sódio.
Exemplo Preparativo 1D
Exemplo Comparativo representando o Estado da Técnica (EP 1355004).
A solução de abrilhantador óptico (1d) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
-12,2 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (6);
- 6,3 partes de um álcool polivinílico tendo um grau de hidrólisede 98,5% e uma viscosidade Brookfield de 2,75 mPa.s; e
- 81,5 partes de água, mantendo-se o aquecimento à temperatu-ra de 90-959C, até que uma solução transparente seja obtida e permaneçaestável após resfriamento para a temperatura ambiente. O pH da solução éajustado para 9,0 com hidróxido de sódio.
<formula>formula see original document page 8</formula>
Exemplo Preparativo 2A
A solução de abrilhantador óptico (2a) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
-13,1 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (4);
- 6,3 partes de um álcool polivinílico tendo um grau de hidrólisede 85% e uma viscosidade Brookfield de 3,7 mPa.s; e
- 80,6 partes de água, mantendo-se o aquecimento à temperatu-ra de 90-95-C, até que uma solução transparente seja obtida e permaneçaestável após resfriamento para a temperatura ambiente. O pH da solução éajustado para 9,0 com hidróxido de sódio.
Exemplo Preparativo 2B
A solução de abrilhantador óptico (2b) é produzida mediante agitação conjunta de:
-15,1 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (5);- 6,3 partes de um álcool polivinílico tendo um grau de hidrólisede 85% e uma viscosidade Brookfield de 3,7 mPa.s; e
- 78,6 partes de água, mantendo-se o aquecimento à temperatu-ra de 90-959C, até que uma solução transparente seja obtida e permaneçaestável após resfriamento para a temperatura ambiente. O pH da solução éajustado para 9,0 com hidróxido de sódio.
Exemplo Preparativo 2C
Exemplo Comparativo (sem álcool polivinílico)
A solução de abrilhantador óptico (2c) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
- 15,1 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula(5); e
- 84,9 partes de água, o pH da solução é ajustado para 9,0 comhidróxido de sódio.
Exemplo Preparativo 2D
Exemplo Comparativo representando o Estado da Técnica (EP1355004).
A solução de abrilhantador óptico (2d) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
-12,2 partes (0,01 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (6);
- 6,3 partes de um álcool polivinílico tendo um grau de hidrólisede 85% e uma viscosidade Brookfield de 3,7 mPa.s; e
- 81,5 partes de água, mantendo-se o aquecimento à temperatu-ra de 90-95-C, até que uma solução transparente seja obtida e permaneçaestável após resfriamento para a temperatura ambiente. O pH da solução éajustado para 9,0 com hidróxido de sódio.
Exemplo Preparativo 3A
A solução de abrilhantador óptico (3a) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
- 18,9 partes (0,0125 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula(5);
- 1,2 partes de um álcool polivinílico tendo um grau de hidrólisede 85% e uma viscosidade Brookfield de 3,7 mPa.s; e
- 79,9 partes de água, mantendo-se o aquecimento à temperatu-ra de 90-959C, até que uma solução transparente seja obtida e permaneçaestável após resfriamento para a temperatura ambiente. O pH da solução éajustado para 9,0 com hidróxido de sódio.
Exemplo Preparativo 3B
Exemplo Comparativo (sem álcool polivinílico)
A solução de abrilhantador óptico (3b) é produzida mediante agi-tação conjunta de:
- 18,9 partes (0,0125 mol) de um abrilhantador óptico de fórmula (5);e
- 81,1 partes de água, o pH da solução é ajustado para 9,0 comhidróxido de sódio.
Exemplo de Aplicação 1
Uma composição de revestimento é preparada contendo 500partes de giz (comercialmente disponível sob o nome comercial Hydrocarb90, da OMYA), 500 partes de argila (comercialmente disponível sob o nomecomercial Kaolin SPS, da IMERYS), 470 partes de água, 6 partes de agentedispersante (um sal de sódio de um ácido poliacrílico comercialmente dispo-nível sob o nome comercial Polysalz S, da BASF), 200 partes de látex (umcopolímero de éster acrílico comercialmente disponível sob o nome comerci-al Acronal S320D, da BASF) e 50 partes de uma solução a 10% de carboxi-metilcelulose (comercialmente disponível sob o nome comercial Finnfix 5.0,da Noviant) em água. O teor de sólidos é ajustado para 60% mediante a adi-ção de água e o pH é ajustado para 8-9 com hidróxido de sódio.
As soluções 1a, 1b, 1c e 1d, feitas conforme descrito nos Exem-plos Preparativos 1A, 1B, 1C e 1D, respectivamente, são adicionadas emuma faixa de concentrações de 0,5 a 4,0% à composição de revestimentoagitada. A composição de revestimento abrilhantada é depois aplicada auma folha de base de papel branco comercial 75 gsm, de engomagem neu-tra, usando um aplicador de barra automático enrolado em arame, com umajuste de velocidade padrão e uma carga padrão sobre a barra. O papel re-vestido é depois seco durante 5 minutos em um fluxo de ar quente. O papelseco é permitido de condicionamento, depois medido quanto à brancura CIEem um espectrofotômetro calibrado Elrepho.
Tabela 1
<table>table see original document page 11</column></row><table>
Exemplo de Aplicação 2
O Exemplo de Aplicação 1 é repetido usando as soluções 2a,
2b, 2c e 2d, feitas conforme descrito nos Exemplos Preparativos 2A, 2B, 2Ce 2D, respectivamente.
Tabela 2
<table>table see original document page 11</column></row><table>
Exemplo de Aplicação 3
Uma composição de revestimento é preparada contendo 500partes de giz (comercialmente disponível sob o nome comercial Hydrocarb90, da OMYA), 500 partes de argila (comercialmente disponível sob o nomecomercial Kaolin SPS, da IMERYS), 370 partes de água, 6 partes de agentedispersante (um sal de sódio de um ácido poliacrílico comercialmente dispo-nível sob o nome comercial Polysalz S, da BASF), 200 partes de látex (umcopolímero de éster acrílico comercialmente disponível sob o nome comerci-al Acronal S320D, da BASF) e 400 partes de uma solução a 20% de um a-mido de batata aniônico (Perfectamyl A4692, da AVEBE B.A.) em água. Oteor de sólidos é ajustado para 60% mediante a adição de água e o pH éajustado para 8-9 com hidróxido de sódio.
As soluções 3a e 3b, feitas conforme descrito nos ExemplosPreparativos 3A e 3B, respectivamente, são adicionadas em uma faixa deconcentrações de 0,5 a 4,0% à composição de revestimento agitada. Acomposição de revestimento abrilhantada é depois aplicada a uma folha debase de papel branco comercial 75 gsm, de engomagem neutra, usando umaplicador de barra automático enrolado em arame, com um ajuste de veloci-dade padrão e uma carga padrão sobre a barra. O papel revestido é depoisseco durante 5 minutos em um fluxo de ar quente. O papel seco é permitidode condicionamento, depois medido quanto à brancura CIE em um espectro-fotômetro calibrado Elrepho.
Tabela 3
<table>table see original document page 12</column></row><table>
Os presentes resultados mostram claramente a surpreendentesuperioridade de brancura das presentes soluções contendo álcool polivinílico.

Claims (10)

1. Soluções aquosas de abrilhantador óptico, consistindo essen-cialmente em:a) pelo menos um abrilhantador óptico de fórmula (1)<formula>formula see original document page 13</formula>em que:- M é hidrogênio, um átomo de metal alcalino, amônio ou um cá-tion derivado de uma amina;- n é 1 ou 2; e- X é um aminoácido natural ou não-natural, do qual um átomode hidrogênio do grupo amina foi removido;b) álcool polivinílico tendo um grau de hidrólise maior que 75% euma viscosidade Brookfield de 2-40 mPa.s; ec) água.
2. Soluções, de acordo com a reivindicação 1, em que:- M é hidrogênio ou sódio;- n é 1 ou 2;- X é ácido aspártico, ácido glutâmico ou ácido iminoacético; eem que o álcool polivinílico apresenta um grau de hidrólise maiorque ou igual a 80% e uma viscosidade Brookfield de 2-20 mPa.s.
3. Soluções, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que aproporção em peso do álcool polivinílico para o abrilhantador óptico é de 0,01:1 a 1.5:1 e em que a concentração do abrilhantador óptico é de 6 a 60% em peso.
4. Soluções, de acordo com a reivindicação 3, em que a propor-ção em peso do álcool polivinílico para o abrilhantador óptico é de 0,03:1 a 1:1 e em que a concentração do abrilhantador óptico é de 10 a 50% em peso.
5. Uso de soluções, como definidas em quaisquer das reivindi-cações anteriores, para composições de revestimento de papel.
6. Processo para produção de papel revestido, em que umacomposição de revestimento contendo uma solução como definida em quais-quer das reivindicações anteriores é revestida sobre papel após a formaçãoda folha.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, em que a compo-sição de revestimento contém de 10 a 70% em peso de um ou mais pigmen-tos brancos.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, em que acomposição de revestimento contém um aglutinante principal baseado emum látex sintético, selecionado de um polímero de estireno-butadieno, aceta-to de vinila, estireno-acrílico, vinil-acrílico ou etileno-acetato de vinila ou, ain-da, um aglutinante secundário selecionado de amido, carboximetilcelulose,caseína, polímeros de soja ou álcool polivinílico.
9.
Processo, de acordo com quaisquer das reivindicações 6 a 8,em que o aglutinante principal é usado em uma quantidade de 5 a 25% empeso de pigmento branco, em que o aglutinante secundário é usado em umaquantidade de 0,1% a 10% em peso de pigmento branco e em que o abri-lhantador óptico de fórmula (1) é usado em uma quantidade de 0,01 a 1%em peso de pigmento branco, preferivelmente, de 0,05 a 0,5% em peso depigmento branco.
BRPI0609733-2A 2005-04-08 2006-04-05 Soluções aquosas de abrilhantadores ópticos, seus usos e processo de produção de papel revestido empregando as mesmas BRPI0609733B1 (pt)

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