ES2333125T3 - Metodo para controlar las deposiciones de brea y sustancias pegajosas. - Google Patents
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- D21C9/086—Removal of fats, resins, pitch or waxes; Chemical or physical purification, i.e. refining, of crude cellulose by removing non-cellulosic contaminants, optionally combined with bleaching with organic compounds or compositions comprising organic compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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Abstract
Método para inhibir la deposición de contaminantes orgánicos y aumentar la retención de brea en los sistemas de fabricación de papel y pulpa, comprendiendo dicho método el tratamiento de los sistemas de fabricación de papel y pulpa con: a) una hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente; y b) un polímero catiónico.
Description
Método para controlar las deposiciones de brea y
sustancias pegajosas.
La presente invención se refiere a un método
para eliminar o reducir los efectos perjudiciales resultantes de la
deposición de contaminantes orgánicos sobre las superficies en los
sistemas de procesado de papel. Más concretamente la invención es
para el uso de combinaciones sinérgicas de hidroxietil celulosa
modificada hidrófobamente y polímeros catiónicos para inhibir la
deposición de contaminantes orgánicos sobre las superficies de los
equipos de fabricación de papel.
La producción de papel es un proceso durante el
que las fibras de celulosa (pulpa) aisladas de la madera o del
papel reciclado son suspendidas en agua (pulpa líquida) y dirigidas
a la sección de la tela de una máquina de papel donde el agua se
drena a partir de la suspensión de pulpa para crear una banda de
papel. Durante el proceso posterior de la banda de papel en la
máquina de papel, el contenido de agua de la banda de papel se
reduce a medida que se forma y se seca la hoja de papel. Mientras se
produce el papel, diversos tipos diferentes de superficies de la
máquina se ponen en contacto con la pulpa líquida, la banda de
papel, la hoja de papel, así como el agua utilizada para
transportar la pulpa líquida. El contacto con las superficies de la
máquina de papel o los componentes de la misma puede resultar en la
adherencia a, o la deposición sobre las superficies de algunos
materiales orgánicos contaminantes presentes en el flujo del agua de
proceso. Dentro de la producción de pulpa o instalaciones de
procesado, las superficies expuestas incluyen los cuartos de
selección y los apiladores. Las superficies en las partes de las
máquinas de papel pueden hacerse de metal, granito, cerámica, mylar
(poliéster biaxialmente-orientado de
poli(tereftalato de etileno) (boPET)), poliéster, plástico, y
otros materiales sintéticos. Tales superficies incluyen los cables
de las máquinas, fieltros, laminillas, cajas Uhle (de vacío),
componentes del headbox, rodillos prensa, rodillos transportadores
de la tela, rodillos de calendario (o Anilox), rasquetas, y
tambores y telas de secado. El funcionamiento apropiado de la
máquina de papel requiere que las superficies estén razonablemente
libres de depósitos de materiales contaminantes. Las expresiones
"sistema de fabricación de papel" y "sistema de procesado de
papel" pretenden incluir todos los procesos, incluyendo la
producción de pulpa, que son parte de la producción de papel.
Los materiales contaminantes en un sistema de
procesado de papel que se depositan sobre las superficies de los
equipos de fabricación de papel generalmente se denominan brea o
sustancias pegajosas. En el sentido más estricto, brea es un
término utilizado para referirse a cualquier materia orgánica que se
origina a partir de los extractos de la madera incluyendo los
ácidos grasos y ésteres, ácidos de resinas, y esteroles. La brea
que no se elimina en la fábrica de pulpa con elementos de lavado y/o
limpieza se puede depositar en las superficies de los equipos de
fabricación de papel. Los depósitos de brea pueden contener otros
materiales como desespumantes, agentes encolantes, recubrimientos,
componentes inorgánicos (es decir, carbonato de calcio, sílice,
arcilla, magnesio, y/o titanio).
Si la fuente de la fibra de celulosa utilizada
para producir papel es papel reciclado, los depósitos de materiales
contaminantes pueden incluir materiales denominadas sustancias
pegajosas. La fibra de celulosa del papel reciclado puede incluir
cantidades significativas de impurezas termoplásticas que provienen
de sobres autoadhesivos, látex de los recubrimientos, colas de
aplicación en caliente (colas calientes), películas de polietileno,
adhesivos sensibles a la presión, y ceras. Estas impurezas componen
las sustancias pegajosas. Dependiendo de la fuente de la fibra de
celulosa (pulpa en suspensión), en el mismo depósito pueden formarse
sustancias pegajosas y brea. Un depósito de sustancias pegajosas
puede incluir componentes de brea así como productos químicos
utilizados en la fabricación de papel. El enfoque habitual para
controlar las sustancias pegajosas es utilizar unos programas
mecánicos y químicos. Los programas químicos están diseñados para
controlar los contaminantes que no se eliminan del sistema durante
la fase de flotación del proceso de destintado. Los productos
químicos utilizados para controlar los contaminantes incluyen talco,
polímeros, dispersantes y surfactantes.
La deposición de brea o sustancias pegajosas va
en detrimento de la producción eficiente del papel y el
funcionamiento de las fábricas de papel. La brea y/o las sustancias
pegajosas se depositan sobre superficies expuestas a la pulpa
líquida o al agua de proceso eliminada durante la formación de las
hojas generando problemas de funcionamiento en los sistemas. Por
ejemplo, las máquinas de papel modernas tienen una variedad de
monitores de proceso como componentes integrales de la máquina de
papel. Los depósitos de brea en los monitores de proceso pueden
inutilizar estos componentes. Los depósitos de brea en los
monitores de proceso pueden reducir la producción y provocar
interrupciones en el funcionamiento de la fábrica de papel. Las
sustancias pegajosas y la brea también pueden perjudicar a la
calidad de la hoja de papel terminada. Parte de los depósitos puede
eliminarse de una superficie contaminada, integrarse en la banda de
papel, y formar manchas y otros defectos en la hoja. Los depósitos
de sustancias pegajosas o brea en los rodillos pueden provocar
defectos en la superficie del papel.
Las concentraciones bajas de partículas finas de
brea o sustancias pegajosas que permanecen bien dispersas no crean
un problema de deposiciones. Sin embargo, existe una tendencia de
las partículas hidrófobas de aglomerarse en la interfaz
aire-agua para formar agregados de material más
grandes, que a continuación se depositan en los equipos de
fabricación de papel. El grado en el que se depositan la brea o las
sustancias pegajosas en una superficie está influenciado por las
características de la brea o de las sustancias pegajosas y del
sistema de procesado del papel. Las características o los factores
de la brea o de las sustancias pegajosas incluyen la composición y
la estabilidad de las partículas, el tamaño de las partículas, la
tendencia de las partículas a depositarse y la cantidad de brea o
sustancias pegajosas en los sistemas. Las características del
sistema de procesado del papel que influyen en, o ayudan a
determinar el grado de deposición de brea incluyen la naturaleza de
la superficie, que incluye la afinidad de la superficie por la brea,
la temperatura, el pH, la fuente de la fibra, y el grado de
reciclado del agua dentro de la fábrica de
papel.
papel.
Los programas de control de brea y sustancias
pegajosas son específicos del sistema debido a la singularidad de
cada fábrica de papel. Una estrategia de control de brea típica
puede comenzar con la adición de surfactantes no iónicos o
aniónicos que estabilizan la forma coloidal de la brea en el agua
blanca. El objetivo de añadir un producto químico estabilizante es
preservar la forma coloidal de la brea evitando de ese modo que se
formen grandes aglomeraciones y se depositen en las superficies de
la máquina de papel. Si algún coloide de brea forma grandes
aglomeraciones o se deposita en las superficies, se pueden utilizar
surfactantes fuertemente aniónicos (denominados dispersantes) para
dispersar la brea. Un aspecto negativo del uso de dispersantes es
que pueden interferir con algunos productos químicos funcionales
como los aditivos utilizados para retener la brea en estado
coloidal en la hoja de papel y en el
encolado.
encolado.
Hacer que las partículas de brea y sustancias
pegajosas sean menos propensas a depositarse es sólo un aspecto de
un programa de control adecuado. En muchos sistemas de fabricación
de papel, la brea y las sustancias pegajosas deben eliminarse del
flujo del proceso para que continúe la producción de papel. Eliminar
la brea o las sustancias pegajosas de un sistema de procesado de
papel evitará que las concentraciones de estos contaminantes
aumenten hasta el punto de que la deposición se vuelva
problemática. Una estrategia común para eliminar los coloides de
brea o de sustancias pegajosas de los sistemas es unir los coloides
a las fibras de papel alimentando el agua de proceso de la
fabricación de papel con determinados aditivos químicos que
facilitarán que la brea se asocie a las fibras de papel mediante
una unión directa o indirecta.
La composición química heterogénea de la brea y
de las sustancias pegajosas añade complejidad y costes a su
control. Puede haber una gama de sustancias químicas hidrófobas en
la brea y se pueden asociar sustancias químicas hidrófobas
adicionales a la brea durante la producción del papel. Una práctica
común para controlar la brea ha sido añadir alumbre como parte del
proceso de obtención de pulpa química. Los jabones de ácidos de
resinas formados durante el proceso de obtención de pulpa química se
asociarán con el alumbre y estos complejos pueden servir para unir
las partículas de brea a la superficie de las fibras. Más
recientemente, se añaden polímeros altamente catiónicos a los
flujos de procesado de papel para retener la brea sobre la fibra.
Este es un proceso muy importante ya que proporciona una vía para
que la brea sea continuamente eliminada del agua de proceso
del
papel.
papel.
Se ha demostrado que determinados productos
químicos inorgánicos y orgánicos monoméricos convencionales son
efectivos en dispersar las partículas de brea evitando así la
deposición en las superficies de los equipos de fabricación de
papel. Se ha demostrado que compuestos como los condensados de
poliacrilato de sodio y ácido arilsulfónico resultan útiles para
evitar la brea.
Se han descrito varias clases diferentes de
productos químicos como efectivos para controlar la deposición de
brea y sustancias pegajosas. Éstos incluyen los surfactantes,
copolímeros y polímeros aniónicos compuestos de monómeros aniónicos
y monómeros hidrófobos, talco, alumbre, bentonita, sílice de
diatomeas, almidón de maíz, cola animal, gelatina y algunas otras
proteínas, y algunos polímeros altamente catiónicos. Otras
sustancias incluyen lactama de N-vinilo polimérica,
condensados de formaldehído-ácido sulfónico del xileno, y sales de
los mismas, condensados de
formaldehído-dicyandiamida soluble en agua, y
determinadas sales de amonio cuaternarias catiónicas no
tensoactivas solubles en agua. Los compuestos de etoxilato de
nonifenol se han utilizado para inhibir la deposición de brea en
los sistemas de fabricación de papel.
La solicitud de patente europea 0 599 440
describe una composición de un dispersante de brea que comprende
mezclas de determinados surfactantes no iónicos y polímeros
catiónicos solubles en agua.
La solicitud de patente europea EP 0588229A1
describe que la HMHEC (hidroxietil celulosa modificada
hidrófobamente) y las moléculas relacionadas resultan efectivas en
evitar la deposición de brea y de sustancias pegajosas. Sin
embargo, esta solicitud solo proporciona evidencia de que la HMHEC
resulta efectiva para evitar la deposi-
ción.
ción.
Los resultados descritos por Shetty et
al., (Tappl J. 77, 10:91, 1994) muestran cómo el control de la
brea puede lograrse añadiendo determinados polímeros catiónicos a la
composición de fabricación fibrosa. Por ejemplo, los polímeros poli
DADMAC promueven la unión de las partículas de brea, permitiendo que
queden retenidas en el
papel.
papel.
La técnica anterior muestra que determinadas
combinaciones de productos químicos pueden resultar efectivas en
evitar la deposición de brea sin que afecten a la retención de la
brea. Por ejemplo, Dreisbach et al. (patente U.S. nº.
5.074.961) describe que los éteres de celulosa solubles en agua
seleccionados del grupo que consiste en metil celulosa, metil
hidroxietil celulosa, metil hidroxipropil celulosa, carboximetil
metil celulosa, y metil hidroxibutil metil celulosa resultan
efectivos en evitar la deposición de brea sin perjudicar el
encolado, la retención de fibras cortas, o la retención de brea.
Además, se describió que los éteres de celulosa floculaban y
retenían la brea.
La técnica anterior también muestra que se
pueden utilizar determinadas sustancias químicas combinadas para
disminuir la deposición de brea a la vez que aumenta la retención de
brea. Nguyen (patente U.S. nº. 5.723.021) describe que una
combinación de alcohol de polivinilo, una gelatina de alto peso
molecular, y un polímero catiónico reducían la deposición y
aumentaban la retención de brea en un sistema de procesado de
papel.
\vskip1.000000\baselineskip
Se ha descubierto que cuando se añaden
hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente (HMHEC) y polímeros
catiónicos a una suspensión de fibra de celulosa (pulpa) o a un
sistema de procesado o fabricación de papel, se muestra un mayor
grado de inhibición de la deposición orgánica y de retención de brea
en la fibra de papel en comparación con la inhibición de los
ingredientes individuales. La combinación de HMHEC y polímeros
catiónicos resulto inesperadamente en un efecto sinérgico. Debido a
la actividad mejorada de utilizar una combinación de HMHEC y
determinados polímeros catiónicos, se puede reducir la cantidad
total del inhibidor de la deposición y del adyuvante de la
retención.
\vskip1.000000\baselineskip
Figura 1. Efecto de la concentración de la
poliamina A vs. absorbancia (deposición).
Figura 2. Efecto de la concentración de la
poliamina A sobre la turbidez.
Figura 3. Efecto de la HMHEC sobre la
absorbancia.
Figura 4. Efecto de la HMHEC sobre la
absorbancia.
Figura 5. Efecto de las combinaciones de
Poliamina A y HMHEC.
Figura 6. Efecto del porcentaje de poliamina
sobre la absorbancia.
Figura 7. Efecto de la HMHEC y la Poliamina A
sobre la deposición de brea en el agua blanca de una fábrica de
papel.
Figura 8. Efectos de las combinaciones de
Poliamina A y HMHEC sobre la turbidez del agua blanca de una fábrica
de papel que contiene un 0,75% de pulpa.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención se refiere a un método
para inhibir la deposición de contaminantes orgánicos y aumentar la
retención de brea según se reivindica en la reivindicación 1, que
incluye desde pulpa en las superficies de los equipos de
fabricación de papel en el sistema de fabricación de papel y pulpa
que comprende la adición a la pulpa o a la superficie de la
maquinaria de fabricación de papel de una cantidad efectiva de
inhibición de la deposición de una combinación de componentes que
comprende hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente (HMHEC) y
un polímero catiónico. La combinación de HMHEC y un polímero
catiónico produce un efecto sinérgico.
Los contaminantes orgánicos incluyen los
constituyentes que se dan en la pulpa (virgen, reciclada o
combinaciones de las mismas) y que tienen el potencial de formar
depósitos reduciendo de ese modo el rendimiento de la máquina de
papel o la calidad del papel. Los contaminantes orgánicos incluyen
tanto la brea como las sustancias pegajosas. Ejemplos de
contaminantes orgánicos incluyen, pero no se limitan a, resinas
naturales como los ácidos grasos, ácidos de resinas, sus sales
insolubles, ésteres grasos, esteroles, ceras, adhesivos, látex,
agentes encolantes, y desespumantes que pueden depositarse en los
sistemas de fabricación de papel.
Uno de los componentes utilizados en la presente
invención es la hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente
(HMHEC). La HMHEC es un descriptor general de una familia de
compuestos químicos que se basan en un sustrato hidroxietil
celulosa (HEC) y difieren por las fracciones
n-alquilo que van unidas, la cantidad de grupos
hidrófobos, así como el tipo de unión entre el sustrato de celulosa
y la fracción unida. La HMHEC se prepara habitualmente a partir de
la HEC incorporando químicamente una fracción
n-alquilo hidrófoba que tiene generalmente de 2 a
más de 20 átomos de carbono, sobre la HEC. El grupo hidrófobo puede
ser lineal o ramificado y va unido a la celulosa mediante una unión
éter o éster. La cantidad de grupos hidrófobos incorporados
dependerá del uso que se pretenda. Las características químicas y
físicas de la HMHEC vienen determinadas por el número de átomos de
carbono en los grupos hidrófobos, la cantidad de grupos hidrófobos,
así como el tipo de unión que conecta el grupo hidrófobo con el
sustrato HEC.
La HMHEC resulta útil en una gama de
aplicaciones y funciones que incluyen, pero no se limitan a, el
papel fotográfico, las aplicaciones farmacéuticas como parte de
estabilizantes de la viscosidad de polímeros de liberación
sostenida, espesantes para pinturas de emulsión, como espesante en
composiciones de llimpieza, y para estabilizar dispersiones que
contienen agentes de encolado del papel.
La presente invención demuestra que la HMHEC es
parte de un programa de control de la deposición que incluye evitar
la deposición y la retención de los contaminantes en la fibra de
papel junto con un polímero catiónico. De esta manera, la presente
invención no solo proporciona un método para evitar la deposición
sino la retención de brea de manera que se pueda eliminar de un
sistema de procesado de papel.
Un ejemplo de un componente de hidroxietil
celulosa modificada hidrófobamente (HMHEC) de esta invención está
comercialmente disponible en el mercado como un polímero fluidizado
de Aqualon Company (Wilmington, DE) como Natrosol^{TM} Plus 330
FPS.
La HMHEC puede tener grupos hidrófobos que
varían desde una longitud de aproximadamente 2 átomos de carbono
hasta una longitud de aproximadamente 22 átomos de carbono. Los
grupos hidrófobos preferentes pueden tener una longitud de 4 a 22
carbonos, pueden tener una longitud de 6 a 22 carbonos, pueden tener
una longitud de 8 a 22 carbonos, pueden tener una longitud de 6 a
20 carbonos o pueden tener una longitud de 8 a 20 carbo-
nos.
nos.
La cantidad de HMHEC útil en la presente
invención varía dependiendo de la fuente de la fibra de celulosa.
Las cantidades preferentes pueden variar desde 0,5 ppm hasta
aproximadamente 50 ppm. La cantidad puede ser por lo menos de
aproximadamente 0,5 ppm, o por lo menos de aproximadamente 1 ppm o
por lo menos de aproximadamente 2 ppm o por lo menos de
aproximadamente 3 ppm o por lo menos de aproximadamente 4 ppm o por
lo menos de aproximadamente 5 ppm o por lo menos de aproximadamente
6 ppm o por lo menos de aproximadamente 10 ppm o por lo menos de
aproximadamente 20 ppm. La cantidad puede ser tan elevada como 40
ppm o tan elevada como 50 ppm o tan elevada como 100 ppm o tan
elevada como 200 ppm.
El segundo componente de la presente invención
es un polímero catiónico basado en una poliamina. Las poliaminas y
los poliméricos relacionados son utilizados frecuentemente en la
producción de papel, a menudo para mejorar la resistencia en seco
del papel (véase en general la patente U.S. nº. 3.840.489). Las
poliaminas resultan útiles para mejorar la resistencia en seco del
papel porque son fundamentales para las fibras de celulosa.
Determinadas poliaminas y agentes poliméricos
relacionados son utilizados frecuentemente en la producción de
papel, a menudo para mejorar la resistencia en seco del papel. Estas
poliaminas resultan también útiles en la presente invención.
Determinadas poliaminas resultan útiles para mejorar la resistencia
en seco del papel porque son fundamentales para las fibras de
celulosa. Tales polímeros catiónicos son por lo general polímeros
de amonio cuaternario o protonado como el producto de la reacción
entre una epihalohidrina y una o más aminas; polímeros derivados de
monómeros etilénicamente insaturados que contienen una amina o un
grupo amonio cuaternario; y copolímeros de acrilamida producidos a
partir de la reacción de acrilamida y monómeros catiónicos
etilénicamente insaturados. Tales polímeros catiónicos pueden
derivarse de la reacción de una epihalohidrina, preferentemente
epiclorohidrina, con dimetilamina, etilendiamina, y una poliamina de
polialquileno. Polímeros catiónicos preferentes incluyen el
producto de la reacción de una epihalohidrina con dimetilamina,
dietilamina, o metil etilamina. Polímeros catiónicos más
preferentes incluyen poliamina y polietilenimina (PEI).
Polímeros catiónicos útiles en la presente
invención incluyen polímeros producidos por la copolimerización de
monómeros catiónicos con acrilamida. Monómeros catiónicos típicos
utilizados en esta copolimerización incluyen, pero no se limitan a,
los ésteres de amino alquil acrilato y sus sales de amonio
cuaternarias (cuaternizadas con agentes cuaternizantes tales como
cloruro de metilo, dimetilsulfato, cloruro de bencilo y similares);
los esteres de amonio alquil metacrilato y sus correspondientes
sales de amonio cuaternarias; amino alquil acrilamidas y sus
correspondientes sales de amonio cuaternarias; las amino alquil
metacrilamidas y sus correspondientes sales de amonio cuaternarias;
los monómeros de sales de dialil dialquil amonio; las sales de vinil
bencil trialquil amonio; y
similares.
similares.
También resultan útiles en esta invención las
mezclas de monómeros catiónicos junto con acrilamida para preparar
los polímeros catiónicos. La presente invención también contempla
los homopolímeros de monómeros catiónicos, así como la
copolimerización de mezclas de monómeros catiónicos sin acrilamida
como útiles. Ejemplos no limitativos de monómeros catiónicos que
pueden utilizarse en polímeros catiónicos de la presente invención
incluyen: cloruro de dialil dietilamonio; cloruro de dialil dimetil
amonio (DADMAC); cloruro de acriloil oxietil trimetil amonio
(AETAC); cloruro de metacriloil oxietil trimetil amonio (METAC);
cloruro de metacrilamida propil trimetil amonio (MAPTAC); cloruro
de acrilamidopropil trimetil amonio (APTAC); metosulfato de acriloil
oxietil trimetil amonio (AETAMS); metosulfato de metacriloil
oxietil trimetil amonio (METAMS); cloruro de acriloil oxietil
dietil metil amonio; cloruro de etacriloil oxietil dietil metil
amonio; cloruro de metacriloil exietil dietil metil amonio; y
cloruro de metacriloil oxietil dietil metil amonio.
Los polímeros catiónicos útiles en la presente
invención pueden tener un peso molecular de por lo menos
aproximadamente 50.000 o por lo menos aproximadamente 100.000 o por
lo menos aproximadamente 200.000. El peso molecular puede ser tan
elevado como 2.000.000 ó 1.500.000 ó 1.000.000 ó 750.000 ó
5.000.000. Un intervalo preferente va desde aproximadamente 100.000
hasta aproximadamente 1.000.000. Otro intervalo preferente va desde
aproximadamente 200.000 hasta aproximadamente 750.000.
La cantidad de polímero catiónico útil en la
presente invención varía dependiendo de la fuente de la fibra de
celulosa. Las cantidades preferentes pueden ir desde 0,5 ppm hasta
aproximadamente 50 ppm. La cantidad puede ser de por lo menos
aproximadamente 0,5 ppm, o por lo menos aproximadamente 1 ppm o por
lo menos aproximadamente 2 ppm o por lo menos aproximadamente 3 ppm
o por lo menos aproximadamente 4 ppm o por lo menos aproximadamente
5 ppm o por lo menos aproximadamente 6 ppm o por lo menos
aproximadamente 10 ppm o por lo menos aproximadamente 20 ppm. La
cantidad pude ser tan elevada como 40 ppm o tan elevada como 50 ppm
o tan elevada como 100 ppm.
La cantidad de HMHEC con respecto al polímero
catiónico puede variar dependiendo del sistema que se esté tratando.
Los ratios preferentes de HMHEC: polímero catiónico van de
aproximadamente 1:10 a 10:1. Otros intervalos son de 1:6 a 6:1 y de
3:1 a 1:3. Intervalos preferentes adicionales incluyen de 1:1 a 10:1
y de 1:1 a 6:1.
Los componentes de la presente invención pueden
ser compatibles con otros aditivos de la pulpa y de la fabricación
de papel. Estos pueden incluir almidones, rellenos, dióxido de
titanio, desespumantes, resinas de resistencia en húmedo, y
adyuvantes de encolado.
Los componentes de la presente invención pueden
añadirse al sistema de fabricación de papel en cualquier fase de
manera secuencial o simultánea. Pueden añadirse directamente a la
composición de fabricación pastosa o indirectamente a la
composición de fabricación a través de la caja de entrada. También
se pueden pulverizar los componentes sobre las superficies que
están sufriendo la deposición, como la tela, filtros prensa,
rodillos prensa y otras superficies propensas a la deposición.
Los componentes de la presenten invención pueden
añadirse al sistema de fabricación de papel puros, en forma de
polvo, suspensión o en solución; el disolvente primario preferente
para los componentes es el agua pero no se limita a ella. El método
preferente de suministro es diluir la HMHEC en agua durante un
tiempo suficiente para que la HMHEC se disuelva parcialmente o
completamente antes de ser alimentada al sistema de procesado. El
polímero catiónico se alimenta al mismo tiempo o secuencialmente a
una velocidad que proporcione una concentración efectiva en el agua
de proceso o en las superficies de los equipos de fabricación de
papel. Las combinaciones de componentes de la invención pueden
añadirse de manera específica o sólo a una composición de
fabricación que contenga contaminantes. Las combinaciones de
componentes de la invención pueden añadirse a pulpas mezcladas en
las que por lo menos una de las pulpas contiene contaminantes. Las
combinaciones pueden añadirse a la pulpa en suspensión en cualquier
punto antes de la manifestación del problema de deposición y en más
de un sitio cuando se da más de un sitio de deposición. También
pueden emplearse las combinaciones de los métodos aditivos
anteriormente indicados: alimentar la HMHEC o el polímero catiónico
por separado, alimentar la pulpa en suspensión de la fábrica de
pulpa, alimentar a la composición de fabricación de la máquina de
papel, o rociar sobre la tela y el fieltro al mismo tiempo. Los
componentes pueden añadirse al mismo tiempo o secuencialmente. La
HMHEC puede añadirse primero seguida del polímero catiónico o puede
añadirse el polímero catiónico primero seguido de la
HMHEC.
HMHEC.
Existen varias ventajas asociadas a la presente
invención en comparación con los procesos anteriores. Estas
ventajas incluyen una capacidad de disminuir la deposición de brea a
la vez que aumenta la retención de la brea en la fibra, una
capacidad de funcionar sin verse afectada en gran medida por la
dureza del agua del sistema; una capacidad de funcionar sin
perjudicar el encolado y la retención de las fibras cortas; una
capacidad de funcionar a dosis muy bajas; impacto medioambiental
reducido; y biodegradabilidad mejorada.
Los datos que se presentan a continuación fueron
desarrollados para demostrar los efectos sinérgicos de la presente
invención. Los siguientes ejemplos se incluyen para ilustrar unas
pocas formas de realización de la invención y no deberían
interpretarse como limitativas del alcance de la misma.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
Este ejemplo demuestra cómo la presente
invención controla la brea en una suspensión de pulpa. Las
mediciones se realizaron sobre la cantidad de brea depositada en
una superficie y la cantidad retenida en la pulpa. Las dos
mediciones demostraron si un programa de tratamiento controla la
brea disminuyendo la cantidad de brea depositada o disminuyendo la
deposición y el lavado del sistema por la retención de la brea en la
pulpa. El programa de tratamiento más preferente resulta en un alto
porcentaje de reducción de la deposición así como un alto
porcentaje de la reducción de la turbidez.
Una película de polipropileno fue sumergida en
una pulpa líquida Kraft con una consistencia del 0,5% (p/v) que
contenía 350 partes por millón (ppm) de una emulsión de brea de
laboratorio. Se puso la pulpa líquida en un recipiente de
precipitación de vidrio y se sometió a agitación mediante una barra
de agitación magnética a una velocidad de 300 revoluciones por
minuto (rpm). El recipiente de precipitación de vidrio se mantuvo
en un baño de agua a 50ºC. La pulpa líquida (pH = 6,0) contenía un
0,5% de fibra Kraft de madera dura, 350 partes por millón de brea
de laboratorio con ácidos grasos, agregados de resina y ésteres
grasos (ratio 2:4:3) y 200 ppm de calcio expresado como calcio
derivado del cloruro de calcio. Se sumergió un trozo de película de
polipropileno sostenida en una estructura de plástico en la pulpa
líquida durante 45 minutos. Tras el período de incubación de 45
minutos, se enjuagó suavemente la película con agua desionizada para
eliminar las fibras de pulpa y se secó al aire. A continuación se
realizó la primera medición en al que se determinó la cantidad de
brea depositada en la película de polipropileno midiendo la
absorbancia en 6 posiciones diferentes en la película a 200 nm con
un espectrofotómetro Vis-UV. La absorbancia media a
200 nm es una medida de la deposición total.
La segunda medición determinó la cantidad de
brea retenida por la pulpa. En esta medida, después de retirar el
film se centrifugó la pulpalíquida a una velocidad de 3.733 rpm en
un MSE Mistral 200. Esto proporcionó una fuerza de 500 x g. Se
descubrió que una fuerza de 500 x g resulta óptima para separar las
fibras de celulosa del al agua a la vez que deja las partículas más
pequeñas en suspensión. A continuación se recogió una muestra del
agua libre de fibra y se determinó la turbidez del agua.
En la primera serie de experimentos, se
determinaron los efectos de las adiciones de poliamina A y HMHEC
(hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente) solas y
conjuntamente. La poliamina A es una poliamina catiónica hecha a
partir de la dimetil amina, epiclorohidrina y etilen diamina,
M_{M} = 500.000, comercialmente disponible en el mercado como
Zenix® DC7479 de Hercules Incorporated, Wilmington, DE) y la HMHEC
está comercialmente disponible en el mercado como Nastrosol® Plus
331 de Aqualon Inc., Wilmington, DE. Como resulta evidente en la
Figura 1, a medida que aumentaba la cantidad de poliamina A añadida
al sistema de ensayo, se producía una disminución resultante de la
deposición en la película de polipropileno pero a medida que la
concentración aumentaba por encima de 1 ppm, la cantidad de
deposición aumentaba hasta 5 ppm de poliamina A. Por encima de 5
ppm, la deposición disminuía hasta un nivel detectado a 1 ppm de
poliamina A.
El efecto de la poliamina A en la turbidez fue
menos complejo que en la deposición según se indica en la Figura 2.
La turbidez decreció rápidamente con una concentración creciente de
poliamina hasta 5 ppm por encima de lo cual, solo se daba una
pequeña disminución de la turbidez.
El cambio en la absorbancia resultante del
tratamiento con HMHEC mostró una respuesta que se caracterizaba por
un punto de deflexión según se indica en la Figura 3. A medida que
la concentración aumentaba hasta 6 ppm, se daba un brusco descenso
de la absorbancia, lo que indicaba que la deposición había sido
inhibida de manera efectiva. Aumentar la concentración por encima
de 6 ppm apenas tuvo efecto sobre la deposición.
El efecto de la HMHEC en la turbidez según se
demuestra en la Figura 4 muestra un efecto opuesto. Se dio un
aumento significativo de la turbidez a medida que aumentaba la
concentración de HMHEC. Por encima de 10 ppm, la tasa de aumento de
la deposición en respuesta a la adición de más HMHEC fue mucho menor
que la detectada a 10 ppm o menos.
Se llevaron a cabo una serie de estudios para
demostrar el efecto de las adiciones de HMHEC y Poliamina A sobre
la deposición y turbidez en el sistema de ensayo. Se estableció una
línea de referencia para los valores de absorbancia y turbidez en
sistemas no tratados. Se obtuvieron unos valores medios de 0,82 para
la absorbancia (a 200 nm) y de 182 para la turbidez para 13
experimentos independientes. A continuación se compararon los
valores medios de absorbancia y turbidez con los resultados sobre un
intervalo de concentraciones de Polimnia A y HMHEC. El método para
realizarlo fue utilizar las ecuaciones que describían las relaciones
dosis-respuesta de las Figuras 1 - 4 para predecir
el efecto de las concentraciones de Poliamina A y HMHEC
seleccionadas sobre la absorbancia y la turbidez. Si los dos
materiales estuvieran actuando de manera aditiva, el efecto sobre
la turbidez y la deposición sería la suma de los efectos
individuales. Si el efecto fuese menor que el predicho, los dos
materiales estarían actuando de manera antagónica. A la inversa, si
el efecto medido fuese mayor que el predicho, se estaría dando un
efecto
sinérgico.
sinérgico.
Una parte por millón de Poliamina A dio un
descenso máximo de la absorbancia (véase la Figura 1) y un descenso
significativo de la turbidez. Por tanto, se seleccionó 1 ppm de
Poliamina A para someter a ensayo un intervalo de concentraciones
de HMHEC (véase la Tabla 1) y se compararon los resultados con los
controles no tratados.
Tal como se indica en la Figura 5, las
concentraciones de HMHEC sometidas a ensayo fueron 1, 2, 3, 4 y 5.
A medida que aumentaba la concentración de HMHEC desde 1 ppm hasta 5
ppm, se dio una divergencia inesperada en los trazados predichos
frente a las lecturas reales de la absorbancia. Esto indica que los
dos materiales pueden interactuar de manera aditiva en un
determinado intervalo de concentraciones pero el efecto sobre la
deposición cambia con la cantidad total de materiales añadidos y/o
el ratio de los materiales activos añadidos.
Se sometieron a ensayo otras concentraciones y
otros ratios de los materiales activos para evaluar con mayor
precisión la naturaleza de los efectos sobre la deposición entre la
HMHEC y la Poliamina A. Los resultados de esos ensayos se presentan
en la Tabla 2.
Los resultados presentados en la Tabla 2 que
documentan el efecto sinérgico de las combinaciones de Poliamina A
y HMHEC en los sistemas de ensayo resultan más obvios cuando se
comparan con la composición real de los tratamientos combinados.
Por ejemplo, en la Figura 6, los valores predichos y reales
presentados en la Tabla 2 son comparados con el porcentaje de
Poliamina A en el tratamiento total. En este caso, a medida que
aumentaba el porcentaje de Poliamina A en el tratamiento combinado,
aumentaba la divergencia de los valores predichos frente a los
valores reales. El programa del tratamiento combinado resultó
significativamente más efectivo a medida que se aumentaba la
proporción de Poliamina A.
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Ejemplo
2
Para determinar si las poliaminas diferentes de
las Poliaminas A resultarían efectivas en combinación con la HMHEC,
se sometieron a ensayo otros materiales. Tal como se indica en la
Tabla 3, la Poliamina B, con un peso molecular de aproximadamente
50.000, no mostró un efecto sinérgico al combinarse con la
HMHEC.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
Las muestras de agua blanca, y la pulpa
termomecánica (TMP) fueron obtenidas a partir de la fábrica de papel
prensa en el sur de los Estados Unidos. Se hizo la TMP a partir de
pino del sur, una madera caracterizada por el alto contenido en
extractos. Se recogió la muestra de pulpa tras el blanqueado con
hidrosulfito con una adición de alumbre. El agua blanca también
contenía alumbre y otros productos químicos de proceso. Las
muestras de TMP y agua blanca se almacenaron congeladas y se
descongelaron poco antes de llevar a cabo los ensayos de
deposición. Se diluyó la TMP con agua blanca hasta obtener una
consistencia del 0,75%. Se llevaron a cabo los ensayos de
deposición tal como se ha descrito en el Ejemplo 1 con las
excepciones de que se aumentó el período de incubación de 45
minutos a 4 horas y el pH era de 4,7. Los resultados de esos ensayos
se presentan en la Tabla 4 y en las Figuras 7 y 8. Como resulta
evidente en la Figura 7, excepto por cuatro puntos de datos
(indicados como diamantes vacíos), los valores de la absorbancia
predichos resultaron considerablemente mayores que las mediciones
reales para todas las combinaciones. Las cuatro combinaciones que se
encontraban por encima de los valores predichos contenían las
concentraciones más bajas (por ejemplo, 5 ó 10 ppm) de Poliamina
A.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como resulta evidente en la Figura 8, los
valores predichos para la turbidez de una agua blanca de fábrica de
papel tratada con las combinaciones seleccionadas de Poliamina A y
HMHEC resultaron significativamente mayores que las mediciones
reales.
Como resulta evidente en la Tabla 4, la Figura 7
y la Figura 8, la adición de HMHEC y Poliamina A a una muestra de
agua blanca de fábrica resulta en una menor deposición y una
retención mejorada de brea respecto a la adición de una cantidad
comparable de cualquiera de los materiales activos solos. Las
Figuras 7 y 8 demuestran que la cantidad total de materiales
activos añadidos y el ratio de los dos materiales activos son
importantes para el resultado. El ratio preferente de HMHEC
respecto a Poliamina A está en el intervalo de aproximadamente 1 a
1 a aproximadamente 10 a 1 (véase la Figura 8) aunque es razonable
esperar que otros intervalos resulten efectivos.
\vskip1.000000\baselineskip
- \bullet EP 0599440 A
- \bullet US 5723021 A, Nguyen
- \bullet EP 0588229 A1
- \bullet US 3840489 A
\bullet US 5074961 A, Dreisbach
Shety et al. Tappl J., vol.
77 (10), 91
Claims (18)
1. Método para inhibir la deposición de
contaminantes orgánicos y aumentar la retención de brea en los
sistemas de fabricación de papel y pulpa, comprendiendo dicho
método el tratamiento de los sistemas de fabricación de papel y
pulpa con:
- a)
- una hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente; y
- b)
- un polímero catiónico.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
la hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente tiene unos grupos
hidrófobos de una longitud de entre 8 y 22 átomos de carbono.
3. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, en el que el polímero catiónico tiene un
peso molecular de entre 100.000 y 1.000.000.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el peso molecular del
polímero catiónico está entre 200.000 y 750.000.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el ratio entre la hidroxietil
celulosa modificada hidrófobamente y el polímero catiónico está en
el intervalo de aproximadamente 1 a 10 a aproximadamente 10 a
1.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la hidroxietil celulosa
modificada hidrófobamente y el polímero catiónico se suministran al
sistema de fabricación de papel y pulpa o a la pulpa en un
disolvente portador.
7. Método según la reivindicación 6, en el que
el disolvente portador es agua.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la hidroxietil celulosa modificada
hidrófobamente y el polímero catiónico son suministrados al sistema
de fabricación de papel y pulpa o a la pulpa en forma de polvo o
suspensión.
9. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la hidroxietil celulosa modificada
hidrófobamente y el polímero catiónico son añadidos al sistema de
fabricación de papel y pulpa o a la pulpa mediante rociado.
10. Método según la reivindicación 9, en el que
la hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente y el polímero
catiónico se rocían sobre la tela de la máquina de papel, el fieltro
de la máquina de papel, el rodillo prensa de la máquina de papel u
otras superficies propensas a la deposición.
11. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que el polímero catiónico y la
hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente son añadidos al
sistema de fabricación de papel y pulpao a la pulpa con la
composición de fabricación.
12. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la deposición de
contaminantes orgánicos se da sobre las superficies de los sistemas
de fabricación de papel y pulpa o de los sistemas de repulpado o
"repulping" expuestos al agua blanca o a la pulpa líquida.
13. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la hidroxietil celulosa
modificada hidrófobamente y el polímero catiónico son añadidos a
los sistemas de fabricación de papel con otros tratamientos de
fabricación de papel.
14. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la hidroxietil celulosa modificada
hidrófobamente y el polímero catiónico son añadidos a la pulpa en
suspensión de la máquina de papel o son añadidos directamente a la
superficie propensa a la contaminación.
15. Método según la reivindicación 12, en el que
la superficie se selecciona de entre la tela de la máquina de papel
y el fieltro húmedo de la máquina de papel.
16. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que la hidroxietil celulosa modificada
hidrófobamente se añade al sistema antes de añadir el polímero
catiónico.
17. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que el polímero catiónico se añade al
sistema antes de añadir la hidroxietil celulosa modificada
hidrófobamente.
18. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que el polímero catiónico y la
hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente son añadidos al
sistema al mismo tiempo.
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