ES2951164T3 - Aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia a productos de papel - Google Patents
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Abstract
En el presente documento se proporciona una formulación espumante. La formulación espumante incluye al menos un agente espumante en una cantidad de aproximadamente 0,001% a aproximadamente 10% en peso basado en el peso total de la solución espumante. La formulación espumante incluye además un aditivo de resistencia sintética que tiene un grupo funcional catiónico en una cantidad de aproximadamente 0,01% a aproximadamente 50% en peso basado en el peso total de la solución espumante. La formulación espumante incluye además agua. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia a productos de papel
REFERENCIA CRUZADA A LA APLICACION RELACIONADA
Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de EE. UU. n.° 62/652.788, presentada el 4 de abril de 2018 y la Solicitud Provisional de EE. UU. n.° 62/691.125, presentada el 28 de junio de 2018.
CAMPO TÉCNICO
La presente divulgación se refiere al campo de la aplicación de aditivos a bandas de papel embrionarias. Más particularmente, la presente divulgación se refiere a la aplicación de aditivos de resistencia usando técnicas de formación de espuma para humedecer bandas embrionarias recién formadas.
ANTECEDENTES
En la fabricación de papel, se introducen aditivos en el proceso de fabricación del papel para mejorar las propiedades del papel. Por ejemplo, los aditivos conocidos mejoran la resistencia del papel, las propiedades de drenaje, las propiedades de retención, etc.
En una máquina de fabricación de papel convencional, la pasta de celulosa se refina en un sistema de preparación de pasta papelera. A veces se añaden aditivos químicos, tintes y rellenos a la pasta papelera en el sistema de preparación de pasta papelera, que funciona a una consistencia del 2,5-5 %. En el circuito de pasta papelera fina del sistema de preparación de pasta papelera, la pasta de celulosa se diluye desde aproximadamente un 2,5-3,5 % de consistencia hasta aproximadamente un 0,5-1,0% de consistencia en una bomba de ventilador. Durante esta dilución, se pueden añadir aditivos químicos adicionales a la pasta de celulosa. La adición de aditivos químicos en cualquiera de estas posiciones en el sistema de preparación de pasta papelera se consideraría "adición en la parte húmeda" como se usa en el presente documento. La pasta papelera del 0,5-1,0 % de consistencia a continuación se bombea típicamente a través de limpiadores de máquinas, un tamiz de máquina y un desaireador (si está presente) y a una caja de entrada. Desde la caja de entrada, la suspensión del 0,5-1,0% de consistencia se extiende sobre una tela de formación continua en movimiento. La tela de formación puede tener la forma de una malla tejida. La mayor parte del agua drena a través de la tela de formación, y las fibras quedan retenidas en la tela de formación, a medida que se desplaza en la dirección de la máquina desde la caja de entrada hasta la sección de prensa. A medida que el agua se drena, el contenido de agua de la hoja embrionaria puede descender desde un 99-99,5 % de agua hasta un 70-80 % de agua. Se puede eliminar más agua en una sección de prensa, de cuya sección de prensa puede salir la hoja con una consistencia de aproximadamente el 40-50 % de sólidos. Típicamente, se elimina más agua de la hoja en una sección de secado, de la cual la hoja puede salir con aproximadamente un 90-94 % de sólidos. A continuación, la hoja puede calandrarse opcionalmente y a continuación recogerse en un carrete.
Como se explicó anteriormente, los aditivos químicos, tales como los aditivos de resistencia, se pueden introducir en la pasta de celulosa en la sección de preparación de pasta papelera, en lo que se conoce como "adición en la parte húmeda". Los aditivos de resistencia se añaden típicamente para mejorar la unión de fibras del producto de papel final. La unión de fibras mejorada en el producto de papel final mejora los parámetros de resistencia (tales como la resistencia a la tracción en seco) del producto de papel.
Son deseables mejoras adicionales en los parámetros de resistencia del papel relacionados con la unión, tales como la resistencia a la tracción en seco.
BREVE RESUMEN
Este resumen se proporciona para presentar una selección de conceptos en una forma simplificada que se describen más adelante en la sección de descripción detallada.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona una formulación espumante, que podría ser una solución, una suspensión o una emulsión, que comprende: al menos un agente espumante en una cantidad de aproximadamente el 0,001 % a aproximadamente el 10 % en peso basándose en un peso total de la formulación espumante; un aditivo de resistencia sintético en una cantidad de aproximadamente el 0,01 % a aproximadamente el 50 % en peso basándose en un peso total de la formulación espumante, comprendiendo el aditivo de resistencia sintético un grupo funcional catiónico; y agua. El al menos un agente espumante comprende al menos uno de: un agente espumante no iónico seleccionado del grupo de etoxilatos, ácidos grasos alcoxilados, polietoxiésteres, ésteres de glicerol, ésteres de poliol, ésteres de hexitol, alcoholes grasos, alcoholes alcoxilados, alquilfenoles alcoxilados, glicerina alcoxilada, aminas alcoxiladas, diaminas alcoxiladas, amida grasa, alquilolamida de ácido graso, amidas alcoxiladas, imidazoles alcoxilados, óxidos de amidas grasas, alcanolaminas, alcanolamidas, polietilenglicol, óxido de etileno y
propileno, copolímeros de EO/PO y sus derivados, poliéster, alquilsacáridos, alquilpolisacáridos, alquilglucósidos, alquilpoliglucósidos, éter de alquilglicol, éteres de polioxialquilenalquilo, alcoholes polivinílicos y sus derivados, alquilpolisacáridos y combinaciones de los mismos; un agente espumante zwitteriónico o anfótero seleccionado del grupo de óxido de lauril dimetilamina, cocoanfoacetato, cocoanfodiacetato, cocoanfodipropionato, cocamidopropil betaína, alquil betaína, alquilamido betaína, hidroxisulfo betaína, cocamidopropil hidroxisultaína, alquiliminodipropionato, óxido de amina, derivados de aminoácidos, óxido de alquildimetilamina y combinaciones de los mismos; o un agente espumante catiónico seleccionado del grupo de alquilamina y alquilamida y sus derivados, alquilamonios, amina y amida alcoxilada y sus derivados, amina grasa y amida grasa y sus derivados, amonios cuaternarios, alquilamonios cuaternarios y sus derivados y sus sales, derivados de imidazolinas, sales de carbilamonio, sales de carbilfosfonio, polímeros y copolímeros de estructuras descritas anteriormente, y combinaciones de los mismos.
En una realización, la concentración del al menos un agente espumante en la formulación espumante es sustancialmente mínimamente suficiente para producir el contenido de gas objetivo de la espuma después de que se incorpora gas en la formulación espumante.
De acuerdo con la presente invención, también se proporciona un método de introducción de un aditivo de resistencia sintético en un producto de papel, comprendiendo el aditivo de resistencia sintético un grupo funcional catiónico. El método incluye la etapa de producir una espuma a partir de una formulación espumante, comprendiendo la formulación espumante: al menos un agente espumante en una cantidad de aproximadamente el 0,001 % a aproximadamente el 10 % en peso basándose en un peso total de la formulación espumante; un aditivo de resistencia catiónico sintético en una cantidad de aproximadamente el 0,01 % a aproximadamente el 50 % en peso basándose en un peso total de la formulación espumante; y agua. El método también incluye la etapa de aplicar la espuma a una banda embrionaria formada en húmedo.
Otras características deseables se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y las reivindicaciones adjuntas, tomadas junto con los dibujos adjuntos y estos antecedentes.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se puede derivar una comprensión más completa de la materia objeto a partir de la siguiente descripción detallada tomada junto con los dibujos adjuntos, en donde números de referencia similares indican elementos similares, y en donde:
La figura 1 muestra un esquema de un sistema de fabricación de papel de acuerdo con diversas realizaciones; La figura 2 muestra un gráfico de las cantidades relativas de aditivo de resistencia y agente espumante necesarias para lograr ciertos contenidos de aire de espuma objetivo;
La figura 3 muestra un gráfico de resultados de estallido Mullen en seco en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 4 muestra otro gráfico de resultados de estallido Mullen en seco en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 5 muestra un gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 6 muestra un gráfico de resultados de absorción de energía de tracción en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 7 muestra un gráfico de resultados de estiramiento en seco en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 8 muestra un gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 9 muestra un gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo en muestras de cartón de revestimiento virgen;
La figura 10 muestra un gráfico de resultados de estiramiento en seco y en húmedo en muestras de cartón de revestimiento virgen;
La figura 11 muestra un gráfico de resultados de absorción de energía de tracción en seco y en húmedo en muestras de cartón de revestimiento virgen;
La figura 12 muestra un gráfico de resultados de Mullen y de compresión en anillo en seco en muestras de cartón de revestimiento virgen;
La figura 13 muestra un gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco en cartón de revestimiento virgen;
La figura 14 muestra un gráfico de resultados de absorción de energía de tracción en seco en muestras de cartón de revestimiento virgen;
La figura 15 muestra un gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo en muestras de cartón de revestimiento virgen;
La figura 16 muestra un gráfico de resultados de absorción de energía de tracción en seco y en húmedo en muestras de cartón de revestimiento virgen;
La figura 17 muestra un gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo para diferentes agentes espumantes en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 18 muestra otro gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo para diferentes agentes espumantes en muestras de cartón de revestimiento reciclado;
La figura 19 muestra otro gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo para diferentes agentes espumantes en muestras de cartón de revestimiento reciclado; y
La figura 20 muestra otro gráfico de resultados de resistencia a la tracción en seco y en húmedo para diferentes agentes espumantes en muestras de cartón de revestimiento reciclado.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La siguiente descripción detallada es de naturaleza meramente ilustrativa y no pretende limitar las realizaciones de la materia objeto o la aplicación y los usos de dichas realizaciones. Como se usa en el presente documento, la palabra "ejemplar" significa "que sirve como ejemplo, caso o ilustración". Por tanto, cualquier realización descrita en el presente documento como "ejemplar" no debe interpretarse necesariamente como preferida o ventajosa sobre otras realizaciones. Todas las realizaciones descritas en el presente documento son realizaciones ejemplares proporcionadas para permitir que los expertos en la materia realicen o usen los sistemas y métodos definidos por las reivindicaciones. Además, no existe la intención de vincularse a ninguna teoría expresa o implícita presentada en el campo técnico anterior, los antecedentes, el breve resumen o la siguiente descripción detallada. En aras de la brevedad, las técnicas y composiciones convencionales pueden no describirse en detalle en el presente documento. Las realizaciones de la presente divulgación se refieren a la introducción de aditivos en sustratos de papel por medio de una técnica de aplicación asistida por espuma.
En la figura 1 se muestra un esquema de un sistema para aplicar una formulación espumada a una banda embrionaria húmeda 1. El sistema incluye una sección de preparación de pasta papelera 20 que incluye un circuito de pasta papelera gruesa 21 y un circuito de pasta papelera fina 22 (ilustrándose cada circuito en esta figura usando flechas discontinuas). En esta figura, el flujo de la pasta papelera se ilustra usando flechas continuas. En una realización, la sección de pasta papelera gruesa 21 comprende uno o más refinadores 23 configurados para mejorar la unión fibra-fibra en la pasta papelera gruesa haciendo que las fibras de la pasta papelera gruesa sean más flexibles y aumentando su área superficial mediante la acción mecánica de la pasta papelera gruesa a aproximadamente un 2,0-5,0 % de consistencia. En una realización, después de los refinadores, la pasta papelera gruesa entra en un cajón de mezcla 24. En el cajón de mezcla 24, la pasta papelera puede mezclarse opcionalmente con pasta papelera de otras fuentes 25. Adicionalmente, la pasta papelera se puede mezclar con aditivos químicos 26 en el cajón de mezcla 24. Después de salir del cajón de mezcla 24, la pasta papelera se puede diluir mediante la adición de agua 27 para controlar la consistencia de la pasta papelera para que esté dentro de un intervalo objetivo predeterminado. A continuación, la pasta papelera entra en un cajón de máquina papelera 28, donde se pueden añadir aditivos químicos 29 adicionales. En una realización, cuando la pasta papelera sale del cajón de máquina papelera 28, la pasta papelera se diluye con una gran cantidad de agua 30 para controlar la consistencia de la pasta papelera para que sea aproximadamente el 0,5-1,0 %. La pasta papelera con una consistencia de aproximadamente el 0,5-1,0 % entra a continuación en el circuito de pasta papelera fina 22.
En una realización ejemplar, dentro del circuito de pasta papelera fina 22, la pasta papelera puede pasar a través de dispositivos 32 de limpieza, tamizado y desaireación de baja consistencia. En realizaciones ejemplares, se pueden añadir aditivos químicos adicionales a la pasta papelera durante los procesos que ocurren dentro de estos dispositivos 32 de limpieza, tamizado y desaireación. Después de los procesos de limpieza, tamizado y desaireación de la pasta papelera fina, la pasta papelera entra en una sección de formación 33. En realizaciones ejemplares, en la sección de formación 33, una caja de entrada 34 distribuye la pasta papelera 35 sobre una tela tejida en movimiento (la "tela de formación") 36. En realizaciones ejemplares, la tela de formación 36 transporta la pasta papelera sobre una o más cajas de láminas hidráulicas 37, que sirven para drenar el agua de la pasta papelera y, de este modo, aumentar la consistencia de la pasta papelera para formar una banda embrionaria 54. En realizaciones ejemplares, cuando la banda 54 tiene una consistencia de aproximadamente el 2 al 3 %, la banda 54 pasa a continuación sobre una o más cajas de bajo vacío 38, que están configuradas para aplicar un "bajo" vacío a la banda
54 para eliminar el agua adicional de la banda 54. Después de que la banda 54 haya pasado sobre las una o más cajas de bajo vacío 38, en realizaciones ejemplares, la banda 54 puede pasar posteriormente sobre una o más cajas de "alto" vacío 39, 40, donde una mayor fuerza de vacío elimina agua adicional hasta que la banda 54 tiene aproximadamente un 10-20 % de consistencia. En realizaciones ejemplares, el rodillo final, el rodillo de asiento 41, elimina el agua adicional al vacío. Siguiendo el rodillo de asiento 41, la banda húmeda 54 entra en la sección de prensado 42 con una consistencia de aproximadamente el 20-25 %, donde rodillos de prensado extraen agua adicional de la banda húmeda 54. La banda 54 sale de la sección de prensado con una consistencia de aproximadamente el 40-50 % y entra en una sección de secado 43, donde cilindros secadores calientes calientan la banda 54 y evaporan agua adicional de la banda 54. Después de la sección de secado 43, la banda 54 se convierte en papel que tiene una consistencia de aproximadamente el 93-95 %. Después de la sección de secado 43, el papel ahora seco puede ser alisado por una calandria 44 y enrollado por un carrete 45.
En realizaciones ejemplares, se pueden añadir aditivos tales como aditivos de resistencia a la banda 54 a través de la aplicación asistida por espuma. En particular, en una realización ejemplar, un agente espumante 46 y un aditivo de resistencia químico 47 se mezclan en un generador de espuma 48 para crear una formulación espumante 50. El gas 49 se incorpora a la formulación espumante 50 para formar una espuma 51. En una realización alternativa, el agente espumante 46 y el aditivo de resistencia 47 se mezclan en otro dispositivo para formar una formulación espumante 50, y el gas 49 se incorpora posteriormente a la formulación espumante 50 para formar una espuma 51. En una realización ejemplar, después de la incorporación de gas en la formulación espumante 50, la espuma resultante 51 se transporta a través de una manguera 52 a un distribuidor de espuma 53, donde la espuma se aplica sobre la banda embrionaria 54. En una realización ejemplar, la espuma 51 se aplica entre una primera caja de alto vacío 39 y una segunda caja de alto vacío 40. El vacío creado por la caja de alto vacío 40 después de la aplicación de espuma atrae la espuma 51 hacia la banda embrionaria húmeda 54.
Como se explicará con más detalle a continuación, se ha observado sorprendentemente que la aplicación de ciertos aditivos de resistencia a través de una técnica de adición asistida por espuma, en combinación con ciertos agentes espumantes, da como resultado una mejora (o, en algunos escenarios, al menos un rendimiento equivalente) en las propiedades de resistencia del papel relacionadas con la unión de productos de papel en comparación con los productos de papel en los que se añaden los mismos aditivos de resistencia química a través de adición en la parte húmeda. Anteriormente, se sabía que los agentes espumantes reducían las propiedades de resistencia del papel debido a que los agentes espumantes alteraban la unión entre las fibras de pasta de celulosa del papel.
Como se usa en el presente documento, el término "agente espumante" define una sustancia que reduce la tensión superficial del medio líquido en el que se disuelve y/o la tensión interfacial con otras fases, para ser así absorbida en la interfaz líquido/vapor (u otras interfaces similares). Los agentes espumantes se usan generalmente para generar o estabilizar espumas.
En una realización ejemplar, se pueden aplicar aditivos espumados a la banda embrionaria húmeda 54 de fibras a medida que esta banda formada en húmedo 54 pasa sobre las cajas de vacío 38, 39, 40. A medida que se elimina el agua de la banda embrionaria húmeda 54 de fibras, el aditivo de resistencia 47 es atraído a la banda 54 y es retenido dentro de la banda mediante una combinación de medios físicos y electrostáticos.
Los aditivos de resistencia típicamente funcionan aumentando el área total unida de uniones fibra-fibra, no haciendo más resistentes a las fibras individuales de la banda. El área de unión aumentada de las fibras, y las propiedades de resistencia de la hoja relacionadas con la unión aumentadas subsiguientes, también se pueden lograr a través de otras técnicas. Por ejemplo, se puede usar un mayor refinado de fibras, prensado en húmedo de hojas y una formación mejorada para aumentar el área unida de las fibras. En ciertos casos, se demostró que la mejora en las propiedades de resistencia del papel relacionadas con la unión de fibras lograda a través de la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia era mayor que la adición en la parte húmeda de los mismos aditivos de resistencia. En particular, una ventaja asociada con la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia es que se puede introducir una mayor concentración de aditivos de resistencia en la hoja formada en húmedo, mientras que el intervalo práctico de dosificación de aditivos de resistencia limita la concentración de aditivos de parte húmeda en el entorno de muy baja consistencia de la adición en la parte húmeda tradicional. En la adición en la parte húmeda tradicional, la limitación de la dosificación de los aditivos de resistencia conduce a una "estabilización" de la curva de dosis-respuesta de la propiedad de resistencia de la hoja relacionada con la unión a dosis relativamente bajas, mientras que la adición asistida por espuma de aditivos de resistencia condujo a una respuesta de dosificación continua , donde un aumento en la concentración de aditivos de resistencia aplicados a la hoja húmeda dio como resultado un aumento en las propiedades de resistencia del producto de papel resultante, incluso en aplicaciones a dosis mucho más altas que las normales.
En una realización ejemplar, el aditivo de resistencia es un aditivo de resistencia sintético que comprende un grupo funcional catiónico, por ejemplo, un aditivo de resistencia catiónico o un aditivo de resistencia anfótero. Como se explica con más detalle a continuación, cabe señalar que los aditivos de resistencia sintéticos que tienen un grupo funcional catiónico mejoran las propiedades de resistencia relacionadas con la unión de la hoja de papel final.
Sin estar ligado a la teoría, puede ser que la mejora en las propiedades de resistencia relacionadas con la unión del papel lograda a través de la aplicación asistida por espuma de ciertos aditivos de resistencia en comparación con la
adición en la parte húmeda de los mismos aditivos es que hay una mejor retención de los aditivos con la aplicación asistida por espuma. En particular, dado que la aplicación espumada de aditivos se realiza cuando la hoja tiene una mayor concentración de fibras en agua (siendo el contenido de agua típicamente aproximadamente del 70-90 %) en comparación con la adición en la parte húmeda de aditivos de resistencia a la pasta de celulosa en las secciones de preparación de pasta papelera (donde el contenido de agua es típicamente de aproximadamente el 95-99 % o más), se produce una menor pérdida de aditivos de resistencia cuando la pasta de celulosa se hace pasar a través de secciones de eliminación de agua posteriores. En realizaciones ejemplares, la etapa de aplicar espuma a la banda embrionaria formada en húmedo se realiza cuando la banda embrionaria formada en húmedo tiene una consistencia de fibra de pasta de celulosa de entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 45 %, por ejemplo, entre aproximadamente el 5 % y aproximadamente el 30 %.
Sin estar ligado a la teoría, se cree que la mejora en los parámetros de resistencia del papel que resulta de la aplicación asistida por espuma de ciertos aditivos de resistencia en comparación con la adición en la parte húmeda de los mismos aditivos se debe a que sustancias contaminantes/contaminantes que interfieren en la adsorción de aditivos de los aditivos de resistencia sobre las fibras pueden estar presentes en mayores cantidades en la sección de preparación de pasta papelera, como se explicará con más detalle a continuación.
Sin estar ligado a la teoría, se cree que la mejora en los parámetros de papel que resulta de la aplicación asistida por espuma de ciertos aditivos de resistencia en comparación con la adición en la parte húmeda de los mismos aditivos es que, debido a que los aditivos de resistencia se incorporan a la hoja en al menos en parte por un medio físico en lugar de solo por un medio de carga superficial, la falta de sitios cargados disponibles restantes en la banda de formación no limita la cantidad de aditivo de resistencia que se puede incorporar en la hoja. Puede ocurrir una falta de sitios de unión cargados disponibles restantes en la banda de formación, tal como una falta de sitios cargados aniónicos disponibles restantes, cuando se introducen aditivos mediante adición en la parte húmeda, especialmente cuando se introducen grandes cantidades de aditivos de esta manera.
En una realización ejemplar, la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia se aplica a la hoja con la espuma que tiene un contenido de aire de entre aproximadamente el 40 % y aproximadamente el 95 %, por ejemplo, entre aproximadamente el 60 % y aproximadamente el 80 %. La espuma puede formarse inyectando gas en una formulación espumante, cizallando una formulación espumante en presencia de suficiente gas, inyectando una formulación espumante en un flujo de gas o mediante otros medios adecuados.
Sin estar limitado por la teoría, se observa que cuando se espuma un lote pequeño de formulación espumante incorporando aire al líquido por medio de un homogeneizador de alta velocidad en un recipiente, la cantidad de gas que se dispersa en burbujas finas en el intervalo de 10 a 300 micrómetros de diámetro está limitada por las características y la concentración del agente espumante y su interacción con el aditivo de resistencia. Para un tipo y una concentración determinados del agente espumante, típicamente se alcanza un contenido máximo de gas en menos de un minuto. La homogeneización adicional no puede arrastrar más gas en forma de burbujas de 10-300 micrómetros de diámetro; cualquier gas adicional aspirado al vórtice se dispersa como burbujas mucho más grandes en el intervalo de 2-20 mm de diámetro. Las burbujas de este tamaño se fusionan rápidamente y flotan hacia la parte superior de la espuma, donde normalmente estallan y el gas sale de la espuma. Cuando el exceso de gas, más allá del que el tipo y la concentración del agente espumante en la formulación espumante pueden dispersar como burbujas de 10-300 micrómetros, en un dispositivo generador de espuma presurizado tipo cizalla mecánica, el exceso de gas se descarga (con la espuma) como burbujas muy grandes de 2-20 mm de diámetro, dispersas dentro de la espuma. Las burbujas de 2-20 mm de diámetro tienen un diámetro mucho mayor que el grosor típico de la hoja embrionaria húmeda. Dado que los aditivos de resistencia solo se encuentran en la película líquida y el área de intersticio de las burbujas en la espuma, las burbujas de diámetro muy grande no pueden suministrar el aditivo de resistencia al área de cruce de fibras si se aplica, en un área grande de la hoja, solo la película sobre una sola burbuja a la hoja. Se prefieren las burbujas más pequeñas que el grosor de la capa de espuma, especialmente las burbujas más pequeñas que el grosor de la banda embrionaria, para una distribución más uniforme de los aditivos de resistencia. Se prefieren burbujas de 20-300 micrómetros de diámetro, especialmente burbujas de 50-150 micrómetros de diámetro, para esta aplicación, porque las burbujas de este tamaño pueden transportar el aditivo de resistencia a la banda embrionaria sin alteración de la banda y, por lo tanto, pueden distribuir el aditivo de resistencia de manera más eficiente. Es conveniente una espuma que contenga burbujas de 50-150 micrómetros de diámetro y entre un 70 y un 80 % de aire, ya que se puede verter fácilmente desde un recipiente con la parte superior abierta o transportar a presión a través de una manguera hacia y desde un distribuidor de espuma hasta la banda embrionaria para aplicación.
En una realización ejemplar, la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia se realiza usando una formulación espumante que incluye al menos un agente espumante en una cantidad de aproximadamente el 0,001 % a aproximadamente el 10 % en peso, basándose en un peso total de la solución espumante, por ejemplo de aproximadamente el 0,01 % a aproximadamente el 1 % en peso, basándose en un peso total de la formulación espumante. En una realización ejemplar, la aplicación asistida por espuma se realiza usando una formulación espumante que incluye al menos un aditivo de resistencia en una cantidad de aproximadamente el 0,01 % a aproximadamente el 50 % en peso, basándose en un peso total de la formulación espumante, por ejemplo de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 10% en peso, basándose en un peso total de la formulación
espumante.
En particular, como se explicó anteriormente, los agentes espumantes generalmente reducen los parámetros de resistencia del papel relacionados con la unión alterando la unión entre las fibras de pasta de celulosa. Se observó que el uso de una formulación espumante que tiene aproximadamente la cantidad mínima de agente espumante suficiente para producir una espuma minimiza la reducción de los parámetros de resistencia del papel relacionados con la unión de esta manera. En particular, se observó que la dosis de agente espumante requerida para dispersar eficazmente una cierta cantidad de un aditivo de resistencia en una espuma que tiene burbujas de gas de principalmente 50-150 micrómetros de diámetro y un contenido de gas de entre el 70 % y el 80 % puede variar en relación con el tipo y la dosis del aditivo de resistencia, y la temperatura y el pH de la formulación espumante. Esta cantidad de agente espumante se define en el presente documento como la dosis de agente espumante "mínimamente suficiente", y es deseable para reducir los efectos negativos que muchos agentes espumantes tienen sobre la unión de fibras, y también para reducir costes y reducir potenciales problemas posteriores de formación de espuma en otras partes en el circuito de aguas de vertido de la máquina papelera.
La figura 2 muestra un gráfico que detalla la diferencia en la concentración de agente espumante requerida para generar espumas con un contenido de gas del 70 % y el 80 % a dosis de aditivos de resistencia específicas, dentro de la formulación espumante. En todos los casos, la concentración de agente espumante determinada fue la que dio como resultado aproximadamente todas las burbujas de gas dentro del intervalo de diámetro preferido de 50-150 micrómetros. Añadir un agente espumante en exceso de la dosis mínimamente suficiente de agente espumante requerida para producir una espuma con el contenido de gas objetivo aumenta la probabilidad de pérdida de las propiedades de resistencia relacionadas con la unión y, por lo tanto, el aumento en la magnitud de la pérdida del parámetro de resistencia. El uso de un exceso de agente espumante más allá del requerido para producir una espuma, por ejemplo, el uso de una cantidad excesiva de agente espumante de más de aproximadamente el 10 % en peso de la solución espumante, también aumenta el coste total del tratamiento.
Se observó que algunas combinaciones de agentes espumantes y aditivos de resistencia dan como resultado una mayor mejora en las propiedades de resistencia relacionadas con la unión del papel que otras combinaciones de agentes espumantes y aditivos de resistencia, cuando se aplican como una formulación espumada a la banda embrionaria. Sin estar ligado a la teoría, puede ser que estas diferencias en la mejora se deban a las diferentes cantidades de diferentes agentes espumantes requeridas para alcanzar un contenido de gas objetivo en la espuma, y el impacto diferente que esto puede tener en la resistencia de la hoja de papel final. En una realización ejemplar, el contenido de gas objetivo para la espuma producida después de la incorporación de gas en la formulación espumante es de aproximadamente el 40 % de gas a aproximadamente el 95 % de gas, basándose en un volumen total de la espuma, por ejemplo, de aproximadamente el 60 % de gas a aproximadamente el 80 % de gas, basándose en un volumen total de la espuma.
En particular, los inventores reconocieron que no todos los tipos de agentes espumantes eran satisfactorios en todas las circunstancias. Algunos agentes espumantes, tales como el agente espumante aniónico dodecilsulfato de sodio (SDS), tendían a dar como resultado una disminución de los parámetros de resistencia relacionados con la unión de la hoja de papel final. El SDS se conoce convencionalmente como un agente espumante preferido debido a su bajo coste y la pequeña dosis normalmente requerida para lograr un contenido de gas objetivo en la espuma. Sin embargo, los inventores descubrieron que la carga aniónica de SDS tiende a interferir con los aditivos de resistencia sintéticos preferidos que tienen un grupo funcional catiónico y dan como resultado la formación de un gel. Esta formación de gel crea problemas de manipulación de la espuma e inhibe la migración del aditivo de resistencia espumado a la banda embrionaria. Incluso en circunstancias ideales (sin que se produzca interferencia de carga entre el SDS y el aditivo de resistencia que contiene grupos catiónicos), el SDS sigue actuando para reducir la resistencia debido a interferencia con la unión. Los inventores han establecido además que ciertos otros tipos de agentes espumantes eran incapaces de producir una espuma del intervalo de contenido de gas objetivo, a menos que se usaran concentraciones prohibitivas del agente espumante.
Se llevó a cabo una investigación en la que los agentes espumantes produjeron espumas con las cualidades deseadas de contenido de gas e intervalo de tamaño de burbuja para la aplicación asistida por espuma de ciertos aditivos de resistencia de la manera descrita anteriormente.
Se observó que se obtuvieron parámetros físicos mejorados en las muestras de hojas de papel de investigación cuando la espuma aplicada a las muestras tenía un contenido de gas de entre aproximadamente el 40 % y aproximadamente el 95 %, por ejemplo, entre aproximadamente el 60 % y aproximadamente el 80 %. En una realización ejemplar, el gas es aire. En diversas realizaciones ejemplares, las espumas se forman cizallando una formulación espumante en presencia de suficiente gas, o inyectando gas en la solución espumante, o inyectando la solución espumante en un flujo de gas.
También se observó que se obtuvieron propiedades físicas mejoradas de las muestras de hojas de papel cuando la formulación espumante incluía uno o más agentes espumantes en una cantidad de aproximadamente el 0,001 % a aproximadamente el 10% en peso, basándose en un peso total de la formulación espumante. por ejemplo, de aproximadamente el 0,01 % a aproximadamente el 1 % en peso, basándose en un peso total de la formulación espumante. Aún más, se observó que las propiedades físicas mejoradas de las muestras de hojas de papel
resultaron cuando la cantidad de agente espumante se minimizó a sólo aproximadamente la suficiente para producir una espuma con un contenido de gas objetivo.
También se observó que se obtuvieron parámetros físicos mejorados en las muestras de hojas de papel cuando uno o más aditivos de resistencia estaban presentes en una cantidad de aproximadamente el 0,01 % a aproximadamente el 50% en peso en la formulación espumante, por ejemplo, de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 10% en peso, basándose en un peso total de la formulación espumante. En realizaciones ejemplares, los aditivos de resistencia comprenden aditivos de resistencia sintéticos que tienen un grupo funcional catiónico. En una realización ejemplar, el aditivo de resistencia sintético comprende un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y vinilamina funcionalizada, un polímero que contiene vinilamina o un polímero que contiene acrilamida. Cabe señalar que, como se usa en el presente documento, el término aditivo de resistencia "sintético" excluye los aditivos de resistencia naturales, tales como los aditivos de resistencia de almidón. En una realización ejemplar, el al menos un aditivo de resistencia sintético que tiene un grupo funcional catiónico se selecciona del grupo de: copolímeros de acrilamida-cloruro de dialildimetilamonio; copolímeros de acrilamida glioxilada-cloruro de dialildimetilamonio; polímeros y copolímeros que contienen vinilamina; polímeros de poliamidoamina-epiclorhidrina; polímeros de acrilamida glioxilada; polietilenimina; cloruro de acriloiloxietiltrimetilamonio. Un aditivo de resistencia sintético ejemplar que incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
Adicionalmente o como alternativa, en una realización ejemplar, el al menos un aditivo de resistencia sintético que tiene un grupo funcional catiónico se selecciona del grupo de copolímeros de DADMAC-acrilamida, con o sin glioxilación posterior; Polímeros y copolímeros de acrilamida con grupos catiónicos que comprenden AETAC, AETAS, METAC, METAS, APTa C, MAPTAC, DMAEMA, o combinaciones de los mismos, con o sin glioxilación posterior; polímeros y copolímeros que contienen vinilamina; polímeros PAE; polietileniminas; poli-DADMAC; poliaminas; y polímeros basados en acrilamida sustituida con dimetilaminometilo, en donde: DADMAC es cloruro de dialildimetilamonio, DMAEMA es dimetilaminoetilmetacrilato, AETAC es cloruro de acriloiloxietiltrimetilo, AETAS es sulfato de acriloiloxietiltrimetilo, METAC es cloruro de metacriloiloxietiltrimetilo, METAS es sulfato de metacriloiloxietiltrimetilo, APTAC es cloruro de acriloilamidopropiltrimetilamonio, MAPTAC es cloruro de acriloilamidopropiltrimetilamonio y PAE son polímeros de poliamidoamina-epiclorhidrina.
Se observó que los agentes espumantes preferidos para su uso en la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia sintéticos que tienen un grupo funcional catiónico eran agentes espumantes seleccionados de subconjuntos de los grupos de tipos de agentes espumantes no iónicos, zwitteriónicos, anfóteros o catiónicos, o combinaciones del mismo tipo o más de un tipo de estos agentes espumantes. En particular, los agentes espumantes preferidos se seleccionan del grupo de agentes espumantes no iónicos, agentes espumantes zwitteriónicos, agentes espumantes anfóteros y combinaciones de los mismos.
Sin estar ligado a la teoría, se creía que los resultados mejorados en los parámetros de resistencia obtenidos por los agentes espumantes no iónicos y zwitteriónicos o anfóteros se debían a la falta de interacción electrostática entre estos tipos de agentes espumantes y las fibras de pasta de celulosa y los aditivos de resistencia catiónicos sintéticos. En particular, se obtuvieron mejores resultados mediante el uso de agentes espumantes no iónicos seleccionados del grupo de etoxilatos, ácidos grasos alcoxilados, polietoxiésteres, ésteres de glicerol, ésteres de poliol, ésteres de hexitol, alcoholes grasos, alcoholes alcoxilados, alquilfenoles alcoxilados, glicerina alcoxilada, aminas alcoxiladas, diaminas alcoxiladas, amida grasa, alquilolamida de ácido graso, amidas alcoxiladas, imidazoles alcoxilados, óxidos de amidas grasas, alcanolaminas, alcanolamidas, polietilenglicol, óxido de etileno y propileno, copolímeros de EO/PO y sus derivados, poliéster, alquilsacáridos, alquilpolisacáridos, alquilglucósidos, alquilpoliglucósidos, éter de alquilglicol, éteres de polioxialquilenalquilo, alcoholes polivinílicos, alquilpolisacáridos, sus derivados y combinaciones de los mismos.
También se obtuvieron mejores resultados en los parámetros de resistencia mediante el uso de agentes espumantes anfóteros o zwitteriónicos seleccionados del grupo de óxido de lauril dimetilamina, óxido de lauril dimetilamina, cocoanfoacetato, cocoanfodiacetato, cocoanfodipropionato, cocamidopropil betaína, alquil betaína, alquilamido betaína, hidroxisulfo betaína, cocamidopropil hidroxisultaína, alquiliminodipropionato, óxido de amina, derivados de aminoácidos, óxido de alquildimetilamina y combinaciones de los mismos.
Se observó que los agentes espumantes aniónicos también pueden producir mejores resultados en los parámetros de resistencia cuando se combinan con aditivos de resistencia sintéticos que tienen un grupo funcional catiónico que tienen una carga catiónica relativamente baja, por ejemplo, una concentración molar de grupos funcionales catiónicos por debajo de aproximadamente el 16 %. Los agentes espumantes aniónicos preferidos son agentes espumantes seleccionados del grupo de sulfatos de alquilo y sus derivados, sulfonatos de alquilo y derivados de ácido sulfónico, sulforricinatos de metales alcalinos, ésteres de glicerilo sulfonados de ácidos grasos, ésteres de alcohol sulfonados, sales y derivados de ácidos grasos, alquilaminoácidos, amidas de ácidos aminosulfónicos, nitrilos de ácidos grasos sulfonados, éter sulfatos, ésteres sulfúricos, ácido alquilnaftilsulfónico y sales, sulfosuccinato y derivados del ácido sulfosuccínico, fosfatos y derivados del ácido fosfónico, alquil éter fosfato y ésteres de fosfato, y combinaciones de los mismos.
Se observó que los agentes espumantes catiónicos también pueden producir resultados mejorados en los parámetros de resistencia cuando se combinan con aditivos de resistencia sintéticos que tienen un grupo funcional catiónico que tienen una carga catiónica relativamente baja, por ejemplo, una concentración molar de grupos funcionales catiónicos por debajo de aproximadamente el 16 %. Los agentes espumantes catiónicos preferidos son agentes espumantes seleccionados del grupo de alquilamina y alquilamida y sus derivados, alquilamonios, amina y amida alcoxilada y sus derivados, amina grasa y amida grasa y sus derivados, amonios cuaternarios, alquilamonios cuaternarios y sus derivados y sus sales, derivados de imidazolinas, sales de carbilamonio, sales de carbilfosfonio, polímeros y copolímeros de estructuras descritas anteriormente, y combinaciones de los mismos.
También se desvelan en el presente documento combinaciones de los agentes espumantes descritos anteriormente. La combinación de ciertos tipos diferentes de agentes espumantes permite la combinación de diferentes beneficios. Por ejemplo, los agentes espumantes aniónicos son generalmente más baratos que otros agentes espumantes y generalmente son eficaces para producir espuma, pero pueden no ser tan eficaces para mejorar las propiedades de resistencia del papel relacionadas con la unión. Los agentes espumantes no iónicos, zwitteriónicos o anfóteros son generalmente más costosos que los agentes espumantes aniónicos, pero generalmente son más eficaces junto con aditivos de resistencia sintéticos que tienen un grupo funcional catiónico para mejorar las propiedades de resistencia. Como tal, la combinación de un agente espumante aniónico y no iónico, zwitteriónico y/o anfótero puede proporcionar el doble beneficio de ser rentable y al mismo tiempo mejorar las propiedades de resistencia de la hoja de papel, o al menos proporcionar un compromiso entre estas dos propiedades. Los agentes espumantes también se pueden combinar para aprovechar las altas capacidades espumantes de un tipo de agente espumante y las mejores propiedades de mejora de la unión de otro tipo de agente espumante. Con ciertas combinaciones, existe una mejora sinérgica en las propiedades de resistencia relacionadas con la unión con el uso de ciertos agentes espumantes y ciertos aditivos de resistencia que tienen un grupo funcional catiónico, por ejemplo, aditivos de resistencia catiónicos o anfóteros. Los aditivos de resistencia aniónicos o no iónicos también pueden exhibir dichas sinergias con ciertos agentes espumantes o combinaciones de los mismos.
En una realización ejemplar, el agente espumante es poli(alcohol vinílico), también llamado alcohol polivinílico, PVA, PVOH o PVAl y sus derivados. Se observó que la combinación de un agente espumante de PVOH y un aditivo de resistencia que tiene un grupo funcional catiónico proporciona propiedades de resistencia mejoradas en las muestras en comparación con las resultantes de la adición en la parte húmeda del mismo aditivo de resistencia catiónico sintético. Los agentes espumantes de alcohol polivinílico con un peso molecular más alto, un grado más bajo de hidrólisis y la ausencia de antiespumantes proporcionaron típicamente buenas propiedades de resistencia a través de la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia. En una realización ejemplar, el alcohol polivinílico tiene un grado de hidrólisis de entre aproximadamente el 70% y el 99,9%, por ejemplo entre aproximadamente el 86 y aproximadamente el 90 %. En una realización ejemplar, el agente espumante de alcohol polivinílico tiene un peso molecular promedio en número de entre aproximadamente 5000 - aproximadamente 400.000, lo que da como resultado una viscosidad de entre aproximadamente 3 y 75 cP al 4 % de sólidos y 20 °C. En una realización ejemplar, el agente espumante de alcohol polivinílico tiene un peso molecular promedio en número de entre aproximadamente 70.000 - aproximadamente 100.000, lo que da como resultado una viscosidad de 45 y 55 cP al 4% de sólidos y 20 °C. También cabe señalar que los agentes espumantes basados en alcohol polivinílico ventajosamente no debilitan los parámetros de resistencia del papel al alterar la unión entre las fibras de pasta de celulosa de la banda. Una combinación de un agente espumante no iónico, zwitteriónico o anfótero con un agente espumante de alcohol polivinílico (o sus derivados) a otros pesos moleculares y grados de hidrólisis también proporcionó buenas cualidades de espuma y buenas mejoras de resistencia junto con aditivos de resistencia catiónicos.
También se observó que se obtenían mejores parámetros físicos en las muestras cuando los agentes espumantes usados tenían un equilibrio hidrófilo-lipófilo(HLB) superior a 8. Un equilibrio HLB por encima de aproximadamente 8 promueve la capacidad de producir espumas en composiciones acuosas.
También se observó que los aditivos de resistencia sintéticos que tenían un grupo funcional catiónico y que también contenían unidades funcionales de amina primaria, en forma de unidades poliméricas de polivinilamina, eran eficaces para mejorar los parámetros de resistencia en comparación con los aditivos de resistencia sintéticos que no contenían unidades funcionales de amina primaria. En una realización ejemplar, el aditivo de resistencia sintético que tiene un grupo funcional catiónico incluido en la formulación espumante tiene una funcionalidad amina primaria de entre aproximadamente el 1 % y aproximadamente el 100 %.
La aplicación asistida por espuma de ciertos tipos de aditivos de resistencia a diferentes tipos de sustrato se describirá ahora con más detalle a continuación.
Cartón de revestimiento virgen
El cartón de revestimiento virgen es un cartón de revestimiento que se produce usando materia prima de pasta de celulosa virgen blanqueada o sin blanquear o una combinación de ambas (es decir, pasta de celulosa que no se ha transformado en productos de papel o cartón y puesto en servicio como tal). La pasta de celulosa virgen a veces se denomina pasta de celulosa "nunca seca" si se produce en el sitio donde se fabrica el papel o cartón. También se puede producir a partir de pasta de celulosa de mercado embalada, que se ha formado en hojas de pasta de
celulosa rugosa y se ha secado hasta un 50 %-80 % de sólidos para facilitar el envío y el almacenamiento, cuando la pasta de celulosa se produce lejos de la ubicación donde se va a fabricar el cartón de revestimiento virgen. El cartón de revestimiento virgen se puede usar, por ejemplo, para producir cajas y cartones ondulados, incluyendo cajas de cara blanca.
Debido a su uso en la producción de cajas de cartón ondulado, la resistencia y otras propiedades estructurales del cartón de revestimiento virgen son de suma importancia. Sin embargo, la mejora de la resistencia y otras propiedades estructurales en el cartón de revestimiento virgen mediante la adición de aditivos de resistencia en la parte de pasta papelera gruesa del sistema de preparación de pasta papelera o en la parte húmeda de la máquina papelera a menudo se ve limitada debido a la interferencia causada por contaminantes orgánicos e inorgánicos arrastrados desde el proceso de reducción a pasta de celulosa. Esto se debe típicamente a un lavado menos que perfecto en el sistema de lavado de pasta papelera marrón o en la planta de blanqueo, en el caso de la pasta de celulosa virgen blanqueada, o en ambos. Para lograr las propiedades deseadas de resistencia de unión del cartón de revestimiento virgen final, los fabricantes de papel pueden aumentar el peso base del cartón de revestimiento. Sin embargo, este enfoque tiene la desventaja de que la productividad de la máquina papelera se reduce correspondientemente en relación con el aumento del peso base del cartón de revestimiento. El coste del cartón de revestimiento del producto por unidad de área puede llegar a ser prohibitivamente costoso cuando se aumenta el peso base para cumplir con las especificaciones de resistencia.
Con la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia catiónicos sintéticos, se puede lograr un aumento o una mejora en las propiedades de resistencia relacionadas con la unión del cartón de revestimiento más allá de las disponibles con la adición en la parte húmeda de los mismos aditivos de resistencia catiónicos sintéticos.
Los resultados de ejemplo obtenidos con sustratos de cartón de revestimiento virgen se exponen a continuación en los ejemplos 2A a 2H.
Cartón de revestimiento reciclado
El cartón de revestimiento reciclado es un cartón de revestimiento que se produce usando fibras de pasta de celulosa recuperadas de papel y cartón reciclados fabricados y usados previamente. El cartón de revestimiento reciclado se puede usar para producir cajas y cartones ondulados, incluyendo cajas de cara blanca. El cartón reciclado también se denomina a veces revestimiento de prueba. Muchas fábricas de papel, particularmente en Norteamérica, producen cartón de revestimiento a partir de una mezcla de fibras de pasta de celulosa virgen y fibras de pasta de celulosa reciclada.
Debido a su uso en la producción de cajas de cartón ondulado, la resistencia relacionada con la unión y otras propiedades estructurales del cartón de revestimiento reciclado son de suma importancia. Sin embargo, la mejora de la resistencia y otras propiedades estructurales del cartón de revestimiento reciclado mediante la adición en la parte húmeda de aditivos de resistencia (en la parte de pasta papelera gruesa del sistema de preparación de pasta papelera o en la parte húmeda de la máquina papelera) a menudo se ve limitada debido a la interferencia causada por sustancias contaminantes, que pueden incluir material orgánico tal como la lignina procedente del proceso de reducción a pasta de celulosa cuando se fabricó el cartón de revestimiento virgen original, así como aditivos acumulados de ciclos de fabricación de papel anteriores. En particular, se observó que los sistemas de cartón de revestimiento reciclado que usan relativamente poca agua dulce (a veces llamados sistemas de agua "cerrados") tienden a sufrir una acumulación de contaminantes orgánicos y/o inorgánicos, tales como la lignina y aditivos añadidos en la parte húmeda de ciclos de fabricación de papel anteriores. Estos contaminantes afectan negativamente la capacidad de rendimiento de los aditivos de resistencia cuando se introducen en la pasta papelera de pasta de celulosa por medio de adición en la parte húmeda (en la parte de pasta papelera gruesa del sistema de preparación de pasta papelera o en la parte húmeda de la máquina papelera). Se cree que el material acumulado con carga típicamente aniónica, a veces llamado "basura aniónica", absorbe algunos de los aditivos de resistencia con carga catiónica típica, de modo que los aditivos de resistencia con carga catiónica son menos eficaces porque estos aditivos de resistencia no están completamente asociados con las fibras. Para lograr las propiedades físicas deseadas del cartón de revestimiento reciclado final, los fabricantes de papel podrían optar por aumentar el peso base del cartón de revestimiento. Sin embargo, este enfoque tiene la desventaja de que la productividad de la máquina papelera se reduce correspondientemente en relación con el aumento del peso base, y también da como resultado que la fábrica de papel venda fibra más cara por unidad de área de producto, a un coste mucho mayor. Con la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia catiónicos, se puede lograr un aumento correspondiente o una mejora en las propiedades de resistencia del cartón de revestimiento sin un aumento correspondiente en el peso base del cartón de revestimiento en comparación con la adición en la parte húmeda de los mismos aditivos de resistencia catiónicos.
Los resultados de ejemplo obtenidos con sustratos de cartón de revestimiento reciclado se exponen a continuación en los ejemplos 1A a 1F. También cabe señalar que se ha observado que la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia sintéticos que comprenden un grupo funcional catiónico produce resultados mejorados en productos de papel para bolsas o sacos.
EJEMPLOS
Ejemplo 1A
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 gramos por metro cuadrado ("g/m2") usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado (RLB) de norma canadiense de drenabilidad (CSF) 500 para probar las mejoras de resistencia para la adición con aditivos de espuma de aditivos de resistencia sintéticos en comparación con una hoja de control. Las bandas formadas en húmedo se produjeron usando equipo de hojas de prueba de Noble and Wood y usando procedimientos estándar. No se usó agua de vertido reciclada en la producción de las hojas de prueba. Las hojas húmedas formadas se transfirieron a continuación a un dispositivo de aplicación de espuma que permitió la aplicación de un vacío a las hojas húmedas. Las espumas se prepararon usando soluciones del 2 %-10 % de un aditivo de resistencia catiónico sintético (disponible en el mercado como aditivo de resistencia en seco Hercobond™ 7700 de Solenis LLC (los valores porcentuales son el porcentaje en peso del producto en la formulación espumante). Se formaron varias espumas usando aire como gas en presencia de diversos agentes espumantes, incluyendo Macat® AO-12, Triton™ BG-10 y un agente espumante basado en alcohol polivinílico (disponible en el mercado como Selvol™ 540), y el agente espumante aniónico dodecilsulfato de sodio (SDS), antes de aplicar las formulaciones espumadas sobre las hojas formadas en húmedo. Las concentraciones de agente espumante se ajustaron en relación con las cantidades de concentración de Hercobond™ 7700 para mantener constante el contenido de aire de la espuma en un contenido de aire objetivo de aproximadamente el 70 %. Las dosis de los agentes espumantes estaban entre 2-15 g/l. Las espumas se formaron mezclando el agente espumante y el auxiliar de resistencia a las concentraciones deseadas en agua. Se crearon lotes de 25 g en vasos de precipitados de plástico de 250 ml, uno para cada hoja, y se mezclaron hasta que se disolvieron por completo. A continuación se usó un homogeneizador eléctrico de mano con una punta de rotor/estator durante aproximadamente 30 segundos a 10000 RPM para generar la espuma. Las espumas se aplicaron a la hoja dentro de los 15 segundos tras detener la mezcla.
Las espumas se aplicaron a las bandas formadas en húmedo usando un dispositivo de descenso del nivel. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 3 se describen a continuación en la tabla I.
Tabla I
A continuación, se puso a prueba la resistencia al estallido de las muestras resultantes usando la prueba de estallido Mullen. Los resultados se muestran en la figura 3. Al establecer la altura de la espuma aplicada a la hoja, se estimó que una solución espumada de Hercobond™ 7700 al 1 % equivale a aplicar 4-5 libras/tonelada de Hercobond™ 7700 a la hoja por medio de adición en la parte húmeda. Esto se confirmó posteriormente mediante experimentos de calibración en los que se determinó el contenido de nitrógeno de cantidades conocidas de aditivos de resistencia aplicados y se calculó el contenido real de aditivo de resistencia sintético en la hoja.
Como puede verse en la figura 3, la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 tuvo un claro efecto sobre la resistencia al estallido en comparación con la hoja de control. En particular, se observó que con la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 con el agente espumante Macat® AO-12, con el agente espumante Triton™ BG-10 y con el agente espumante Selvol™ 540, la resistencia al estallido de las muestras de papel aumentó en comparación con la hoja de control no tratada.
Como también puede verse en la figura 3, se observó que el uso del agente espumante tensioactivo aniónico dodecilsulfato de sodio (SDS) dio como resultado, en el mejor de los casos, un aumento insignificante de la resistencia al estallido y, en el peor de los casos, una disminución en la resistencia al estallido, en comparación con el control. Como se explicó anteriormente, sin estar ligado a la teoría, se sospecha que el uso de SDS da como resultado un deterioro de las propiedades de resistencia en la muestra de hoja debido al aumento de las interacciones electrostáticas e hidrófobas entre SDS y las fibras de pasta de celulosa de las hojas húmedas. Se cree que estas interacciones electrostáticas e hidrófobas aumentadas interrumpen la unión de las fibras de pasta de celulosa e interfieren en la acción de los aditivos de resistencia.
Como tal, se observó que el uso de agentes espumantes anfóteros, no iónicos y/o poliméricos proporcionó buenas propiedades de espumabilidad y estabilidad y tuvo una interferencia mínima con el aditivo de resistencia catiónico y, por lo tanto, condujo a una mejora en las propiedades de resistencia relacionadas con la unión de las muestras, mientras que el uso del agente espumante aniónico SDS tuvo menos éxito en la mejora de las propiedades de resistencia de las muestras. En particular, se observa que los tensioactivos anfóteros basados en óxido de dimetilamina, los tensioactivos basados en alquilpoliglucósidos y los tensioactivos basados en alcohol polivinílico conducen todos a una mejora en las propiedades de resistencia de las muestras.
Como también puede verse en la figura 3, el mayor aumento en la resistencia al estallido se logró usando Selvol™ 540. Se observó que los agentes espumantes basado en alcohol polivinílico muestran un efecto sinérgico con los aditivos de resistencia en términos de propiedades de mejora de la resistencia.
Como también puede verse en la figura 3, para cada uno del agente espumante Macat® AO-12, el agente espumante Triton™ BG-10 y el agente espumante Selvol™ 540, la mejora de la resistencia al estallido aumentó ventajosamente con respecto a un aumento en la concentración de Hercobond™ 7700.
Ejemplo 1B
Para confirmar los resultados en el ejemplo 1A, se realizó el mismo ensayo experimental usando hojas de prueba que se produjeron usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado de norma canadiense de drenabilidad (CSF) 340. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo
1A. Los resultados del ejemplo 1B se muestran en la figura 4. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 4 se describen a continuación en la tabla II.
Tabla II
Como puede verse en la figura 4, la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 tuvo un efecto claro en la resistencia al estallido en las hojas de prueba de CSF 340. En particular, se observó que, de manera similar al ejemplo 1A, para la aplicación de Hercobond™ 7700 con el agente espumante Macat® AO-12, con el agente
espumante Tritón™ BG-10 y con el agente espumante Selvol™ 540, la resistencia al estallido de las muestras de hoja aumentó en comparación con la hoja de control no tratada.
Como tal, el ejemplo 1B confirma que las mejoras asociadas con la aplicación asistida por espuma son aplicables en una variedad de condiciones de materia prima.
Ejemplo 1C
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando pasta de celulosa de cartón para revestimiento reciclado usando hojas de prueba que se produjeron usando pasta de celulosa de cartón para revestimiento reciclado de CSF 370. Las hojas formadas en húmedo se produjeron usando equipo de hojas de prueba de Noble and Wood usando procedimientos estándar y sin reciclado de aguas de vertido. Las espumas preparadas usando un aditivo de resistencia sintético catiónico al 1 % (disponible en el mercado como Hercobond™ 7700), como producto en peso en una formulación espumante, se formaron con diversos agentes espumantes antes de aplicarlas sobre una hoja formada en húmedo. Los agentes espumantes usados en este ejemplo incluyen Triton™ BG-10, Glucopon® 425N, Crodateric™ CAS 50, Selvol™ 540, Multitrope™ 1620, Macat® AO-12, NatSurf™ 265, Triton™ X-100, Mona™ AT-1200, Tween® 80, Tween® 20, Crodasinic™ LS30, Diversaclean™ y Forestall™. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 1A. Las resistencias a la tracción en seco y húmedo (rehumedecido) de cada uno de los agentes espumantes se probaron y compararon con las resistencias a la tracción en seco y húmedo (rehumedecido) de una hoja de control sin tratar y también con una hoja de muestra en la que se añadió Hercobond™ 7700 a 4 libras/tonelada por medio de adición en la parte húmeda. Los resultados del ejemplo 1C se muestran en la figura 5. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 5 se describen a continuación en la tabla III.
Tabla III
Como puede verse en la figura 5, la elección del agente espumante tiene un efecto sobre la resistencia a la tracción tanto en seco como en húmedo (rehumedecido) de la hoja de prueba. Todas las espumas que se aplicaron a las hojas de prueba contenían la misma cantidad de aditivo catiónico sintético Hercobond™ 7700. Algunos agentes espumantes (tales como Tween ® 80 y Tween ® 20) redujeron la resistencia a la tracción en seco de la hoja de prueba por debajo de la de la hoja de control, mientras que otros (tales como Selvol™ 540) mejoraron la resistencia a la tracción en seco a un nivel mayor que el de la muestra de adición en la parte húmeda.
Se observa en la figura 5 que la adición en la parte húmeda de 4 libras/tonelada de Hercobond™ 7700 dio como
resultado una mayor resistencia a la tracción en seco en comparación con la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 con la mayoría de los agentes espumantes. Se cree que dado que las hojas de prueba usadas en este ejemplo se prepararon sin reciclado de aguas de vertido, los contaminantes (tales como la lignina) que de otro modo reducirían la eficacia de la adición en húmedo de aditivos de resistencia probablemente no estaban presentes en una cantidad que normalmente se esperaría en aplicaciones industriales. Como tal, es probable que el aumento de la resistencia a la tracción que se muestra a través de adición en la parte húmeda en este ejemplo sea mayor que lo que realmente podría lograrse en aplicaciones industriales, donde se usa reciclado de aguas de vertido.
En cualquier caso, los resultados mostrados en la figura 5 demuestran que existen claras mejoras en la resistencia a la tracción en seco asociadas con la adición asistida por espuma de aditivos de resistencia.
Aún más, la figura 5 también muestra que la adición asistida por espuma de aditivos de resistencia mejora la resistencia a la tracción en húmedo (rehumedecido) de las hojas de prueba en comparación con el control. Además, la mayoría de los agentes espumantes usados en la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 dieron como resultado una mejora de la resistencia a la tracción en húmedo (rehumedecido) en comparación con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
Ejemplo 1D
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando cartón de revestimiento reciclado usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado de CSF 370 y usando el mismo equipo y procedimientos descritos en los ejemplos anteriores. Se aplicó un aditivo de resistencia catiónico sintético (disponible en el mercado como Hercobond™ 7700) a las hojas usando el agente espumante Selvol™ 540. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 1A. A continuación, se probó la absorción de energía de tracción en seco (TEA) de las hojas de prueba. Los resultados se muestran en la figura 6. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 6 se describen a continuación en la tabla IV.
Tabla IV
Como se muestra en la figura 6, se observa una mejora en la TEA seco cuando se añade Hercobond™ 7700 por medio de adición asistida por espuma en comparación con la adición en la parte húmeda. Como puede verse en la figura 6, se observa una respuesta a la dosis en TEA en seco con la adición asistida por espuma de Hercobond™ 7700, mientras que no se observó respuesta a la dosis en TEA en seco para la adición en la parte húmeda. Además, se observó una mejora significativa de casi el 70 % con respecto a la hoja de control mediante el uso de la adición de espuma con un 2 % de Hercobond™ 7700 en la solución espumante. La mejora en la TEA en seco observada con 2 libras/tonelada de Hercobond™ 7700 por medio de adición en la parte húmeda fue muy pequeña.
Ejemplo 1E
Se probaron hojas de prueba producidas de la misma manera que en el ejemplo 1D para determinar el porcentaje de estiramiento en seco. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 1A. Los resultados se muestran en la figura 7. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 7 se describen a continuación en la tabla V.
Tabla V
Como se muestra en la figura 7, se observa una mejora en el estiramiento en seco cuando se añade Hercobond™ 7700 por medio de adición asistida por espuma en comparación con adición en la parte húmeda. Como también puede verse en la figura 7, se observó una pequeña respuesta a la dosis en el estiramiento en seco con la adición asistida por espuma de Hercobond™ 7700, mientras que no se observó respuesta a la dosis en el estiramiento en seco para la adición en la parte húmeda. En particular, la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 mostró una mejora de aproximadamente el 10% con respecto al control, mientras que la adición asistida por espuma de Hercobond™ 7700 aumentó el estiramiento en seco de la hoja de prueba en aproximadamente el 30 %.
Los ejemplos 1D y 1E demuestran que, para aplicaciones que requieren buenas propiedades de estiramiento y TEA, que son propiedades tradicionalmente asociadas con la producción de papel Kraft para bolsas o sacos, la adición asistida por espuma de aditivo de resistencia da como resultado una mejora con respecto a la adición en la parte húmeda de los mismos aditivos de resistencia.
Ejemplo 1F
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado "limpia" de c Sf 370 usando el mismo equipo y procedimientos descritos anteriormente con respecto al ejemplo 1E. Una hoja de control y una hoja con 5 libras/tonelada de un aditivo de resistencia catiónico sintético (disponible en el mercado como Hercobond™ 7700), añadido por medio de adición en la parte húmeda. A continuación, la lignina soluble, un contaminante común que puede acumularse en los sistemas cerrados de agua de cartón de revestimiento reciclado, se disolvió en la parte húmeda a un nivel de 18 libras/tonelada como una simulación aproximada de los contaminantes orgánicos en condiciones industriales. Usando esta pasta de celulosa "sucia", se duplicaron las dos hojas de prueba. Se produjo una tercera hoja de prueba usando el mismo método y a continuación se trató con una espuma con Hercobond™ 7700 al 1 % usando Selvol™ 540 como agente espumante. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 1A. A continuación, se probó la resistencia a la tracción en seco y en húmedo de cada hoja de prueba. Los resultados de la prueba de tracción se muestran en la figura 8. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 8 se describen a continuación en la tabla VI.
Tabla VI
La resistencia a la tracción en seco de la hoja de prueba preparada con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 y la materia primera de cartón de revestimiento reciclada "limpia" mostró una mejora de aproximadamente el 10% en la resistencia a la tracción en seco en comparación con el control. Sin embargo, la mejora con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 se redujo a sólo aproximadamente el 5 % con respecto al control en la materia prima de cartón de revestimiento reciclado "sucia". Este resultado indica que los contaminantes de lignina soluble disminuyen el efecto de los aditivos de resistencia añadidos mediante adición en la parte húmeda.
En las hojas de prueba preparadas con la adición asistida por espuma de aditivos de resistencia, los sistemas de materia prima de cartón de revestimiento reciclado "limpio" y "sucio" mostraron una gran mejora en la resistencia a la tracción en seco en comparación con la adición en la parte húmeda. Esto fue especialmente notable en el sistema "sucio". Como tal, se prevé que la adición asistida por espuma de aditivos de resistencia sería útil en fábricas de cartón de revestimiento reciclado con sistemas de agua muy cerrados, ya que la acumulación de lignina soluble no afecta negativamente a la adición asistida por espuma tanto como a la adición en la parte húmeda. En particular, dado que la espuma se añade a una hoja húmeda preformada, se reduce la interferencia de los productos químicos residuales de la parte húmeda (tales como la lignina soluble), lo que da como resultado una mayor eficacia del agente de resistencia en seco.
Ejemplo 2A
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando pasta de celulosa de revestimiento de Kraft virgen sin blanquear nunca secada usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento virgen de CSF 750 para probar las mejoras de resistencia con la adición asistida por espuma de aditivos de resistencia en comparación con la adición en la parte húmeda de los mismos aditivos de resistencia. Las hojas formadas en húmedo se produjeron usando equipo de hojas de prueba de Noble and Wood bajo procedimientos estándar y sin reciclado de aguas de vertido. Las hojas formadas en húmedo se transfirieron a continuación a un dispositivo de aplicación de espuma que permitió la aplicación de un vacío a la hoja. La cantidad de espuma aplicada se pudo estimar por la altura de la espuma aplicada a la hoja y posteriormente se confirmó mediante experimentos de calibración que controlaban el contenido de nitrógeno de cantidades conocidas de aditivos de resistencia aplicados.
Las espumas se prepararon usando soluciones del 1 %-5 % de un aditivo de resistencia catiónico (disponible en el mercado como aditivo de resistencia en seco Hercobond™ 7700 de Solenis LLC), siendo los porcentajes el peso del producto en la formulación espumante, un aditivo de resistencia que contiene polivinilamina en presencia de un
agente espumante (Selvol™ 540). La concentración de agente espumante se ajustó de modo que las espumas tuvieran un contenido de aire de aproximadamente el 70 %. Como ejemplo de dicho ajuste, a una concentración del 1 % de Hercobond™ 7700, se usó una concentración del 0,6 % de Selvol™ 540. Estas espumas se aplicaron a continuación sobre algunas de las hojas formadas en húmedo. Otras hojas de prueba se trataron con adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 a dosis de 1 a 4 libras/tonelada. Se observa que las espumas preparadas a partir de una solución de aditivo de concentración al 1 % son aproximadamente equivalentes a la adición de aproximadamente 4 libras/tonelada de la adición en la parte húmeda de solución de aditivo de resistencia, basándose en las características de retención del aditivo de resistencia.
A continuación, se probaron las resistencias a la tracción en seco y en húmedo (rehumedecido) de las muestras resultantes. Los resultados se muestran en la figura 9. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 9 se describen a continuación en la Tabla VII.
Tabla VII
El agente espumante ejemplar III incluye un alcohol polivinílico que es no iónico y está disponible en el mercado de Solenis lLc de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial DeTac™ y de Sekisui Specialty Chemicals de Dallas, Texas, con el nombre comercial Selvol™ 540.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
Como puede verse en la figura 9, la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 tuvo un claro efecto beneficioso sobre la resistencia a la tracción tanto en seco como en húmedo (rehumedecido). En particular, se observó que con la aplicación de Hercobond™ 7700 con el agente espumante Selvol™ 540, la resistencia a la tracción en seco y en húmedo (rehumedecido) de las muestras aumentó en comparación con el control y en comparación con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
Como también puede verse en la figura 9, la adición en la parte húmeda del aditivo de resistencia catiónico no mejoró la resistencia a la tracción en comparación con el control no tratado. Sin estar ligado a la teoría, es posible que la adición del aditivo de resistencia catiónico fuera ineficaz para mejorar la resistencia a la tracción de las muestras preparadas debido a la interferencia de los contaminantes que quedan en la materia prima de pasta de celulosa procedente del proceso de reducción a pasta de celulosa. Dado que la adición espumada de Hercobond™ 7700 reduce la posibilidad de dicha interferencia al reducir la probabilidad de interacción entre Hercobond™ 7700 y las sustancias que interfieren, la adición asistida por espuma de Hercobond™ 7700 fue más eficaz para mejorar la resistencia a la tracción en húmedo y en seco de las muestras.
También se muestra en la figura 9 que la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 muestra la llamada "respuesta a la dosis", es decir, que un aumento en la concentración de Hercobond™ 7700 añadido a la muestra dio como resultado un aumento correspondiente de la resistencia a la tracción tanto en seco como en húmedo (rehumedecido) de las muestras. No se observó dicha respuesta a la dosis con la adición en la parte húmeda de
Hercobond™ 7700.
Ejemplo 2B
Se prepararon hojas de prueba usando las mismas técnicas que se han descrito anteriormente para el ejemplo 2A. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 2A. A continuación, se probó el estiramiento en seco y en húmeda (rehumedecido) de cada una de las muestras. Los resultados se muestran en la figura 10. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 10 se describen a continuación en la tabla VIII.
Tabla VIII
Como puede verse en la figura 10, la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 disminuyó el estiramiento en seco y en húmedo (rehumedecido) de las muestras con respecto al control. De nuevo, sin estar ligado a la teoría, es posible que la adición de Hercobond™ 7700 no haya sido eficaz para mejorar el estiramiento de las muestras preparadas debido a la interferencia de los contaminantes que quedan en la materia prima de pasta de celulosa procedente del proceso de reducción a pasta de celulosa.
Como también puede verse en la figura 10, la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 tuvo un claro efecto beneficioso sobre el estiramiento tanto en seco como en húmedo (rehumedecido). En particular, se observó que con la aplicación de Hercobond™ 7700 usando el agente espumante Selvol™ 540, el estiramiento en seco y en húmedo de las muestras aumentó en comparación con el control y en comparación con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
También se muestra en la figura 10 que la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 muestra la llamada "respuesta a la dosis" en estiramiento en seco y en húmedo (rehumedecido), es decir, que un aumento en la concentración de Hercobond™ 7700 añadido a la muestra dio como resultado un aumento correspondiente en el estiramiento tanto en seco como en húmedo (rehumedecido) de las muestras. No se observó dicha respuesta a la dosis en los resultados de la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
Ejemplo 2C
Se prepararon hojas de prueba usando las mismas técnicas que se han descrito anteriormente para el ejemplo 2A. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 2A. A continuación, se probó la absorción de energía de tracción (TEA) en seco y en húmedo de cada una de las muestras. Los resultados
se muestran en la figura 11. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 11 se describen a continuación en la tabla IX.
Tabla IX
Como puede verse en la figura 11, la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 disminuyó la TEA en seco y en húmedo (rehumedecido) de las muestras con respecto al control. De nuevo, sin estar ligado a la teoría, es posible que la adición de Hercobond™ 7700 no haya sido eficaz para mejorar la TEA de las muestras preparadas debido a la interferencia de las sustancias que quedan en la materia prima de pasta de celulosa procedente del proceso de reducción a pasta de celulosa.
Como también puede verse en la figura 11, la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 tuvo un claro efecto beneficioso sobre la TEA en seco y en húmedo (rehumedecido). En particular, se observó que con la aplicación de Hercobond™ 7700 con el agente espumante Selvol™ 540, la TEA en seco y en húmedo (rehumedecido) de las muestras aumentó en comparación con el control y en comparación con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
También se muestra en la figura 11 que la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 muestra la llamada "respuesta a la dosis" en TEA en seco y en húmedo (rehumedecido), es decir, que un aumento en la concentración de Hercobond™ 7700 añadido a la muestra dio como resultado un aumento correspondiente en la TEA tanto en seco como en húmedo (rehumedecido) de las muestras. No se observó dicha respuesta a la dosis con los resultados de la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
Ejemplo 2D
Se prepararon hojas de prueba usando las mismas técnicas que se han descrito anteriormente para el ejemplo 2A. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 2A. A continuación, se probaron la resistencia al estallido en seco y la resistencia a la compresión en anillo de cada una de las muestras. Los resultados se muestran en la figura 12. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 12 se describen a continuación en la tabla X.
Tabla X
Como puede verse en la figura 12, la adición en la parte húmeda del aditivo de resistencia catiónico sintético disminuyó la resistencia a la compresión en anillo de cada una de las muestras, y disminuyó o solo mejoró marginalmente la resistencia al estallido con respecto al control. Nuevamente, sin estar ligado a la teoría, es posible que la adición del aditivo de resistencia catiónico sintético no fuera eficaz para mejorar la resistencia a la compresión en anillo y solo tuviera un efecto mínimo sobre la resistencia al estallido de las muestras preparadas debido a la interferencia de las sustancias que permanecían en la materia prima de pasta de celulosa del proceso de reducción a pasta de celulosa.
Como también puede verse en la figura 12, la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 tuvo un claro efecto beneficioso tanto sobre la resistencia al estallido como sobre la resistencia a la compresión en anillo. En particular, se observó que con la aplicación de Hercobond™ 7700 con el agente espumante Selvol™ 540, la resistencia al estallido y la resistencia a la compresión en anillo de las muestras aumentaron en comparación con el control y en comparación con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
También se muestra en la figura 12 que la aplicación asistida por espuma de Hercobond™ 7700 muestra la llamada "respuesta a la dosis" tanto en la resistencia al estallido como en la resistencia a la compresión en anillo, es decir, que un aumento en la concentración de Hercobond™ 7700 añadido a la muestra dio como resultado un aumento correspondiente tanto en la resistencia al estallido como en la resistencia a la compresión en anillo de las muestras. No se observó dicha respuesta a la dosis con la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700.
Ejemplo 2E
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 150 g/m2 usando pasta de celulosa de revestimiento de Kraft virgen sin blanquear nunca secada. Los métodos de preparación de las hojas de prueba fueron los mismos que en el ejemplo 2A. Las espumas se prepararon utilizando soluciones al 1 %-5 % de un aditivo de resistencia en seco catiónico sintético que contiene polivinilamina (disponible en el mercado como Hercobond™ 7700). Las espumas se formaron previamente en presencia de un tensioactivo basado en óxido de dimetilamina anfótero (Macat® AO-12) o alcohol polivinílico (Selvol™ 540) antes de la aplicación sobre una banda formada en húmedo. Se probó la resistencia a la tracción en seco de cada una de las muestras, junto con una muestra de control de espuma, una muestra de control de parte húmeda (cada control sin tratamiento) y muestras que se prepararon con la adición en la parte húmeda de 1 libra/tonelada de Hercobond™ 7700 y 2 libras/tonelada Hercobond™ 7700. Los resultados de las pruebas de resistencia a la tracción en seco se muestran en la figura 13. Las hojas de prueba evaluadas en la figura
13 se describen a continuación en la tabla XI.
Tabla XI
El agente espumante ejemplar I incluye un óxido de amina que es anfótero y está disponible en el mercado de Pilot Chemical con el nombre comercial Macat® AO-12.
El agente espumante ejemplar III incluye un alcohol polivinílico que es no iónico y está disponible en el mercado de Solenis lLc de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial DeTac™ y de Sekisui Specialty Chemicals de Dallas, Texas, con el nombre comercial Selvol™ 540.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
Como se muestra en la figura 13, la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 a 1-2 libras/tonelada muestra solo una pequeña mejora en la resistencia a la tracción en seco en comparación con la muestra de control de la parte húmeda. La adición asistida por espuma de Hercobond™ 7700 demostró una mejora de hasta un 30 % en presencia del agente espumante anfótero Macat® AO-12. En presencia del agente espumante de alcohol polivinílico Selvol™ 540, se observó una mejora de la resistencia a la tracción en seco de hasta un 40 %. El alcohol polivinílico se conoce solo como un aditivo de resistencia en seco. El uso de un agente espumante a base de alcohol polivinílico dio como resultado un efecto sinérgico con los aditivos de resistencia en seco, en términos de mejora de la resistencia a la tracción en seco de las muestras.
Ejemplo 2F
Se prepararon hojas de prueba usando las mismas técnicas que se han descrito anteriormente para el ejemplo 2E. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 2A. A continuación, se probó la absorción de energía de tracción (TEA) de cada una de las muestras. Los resultados se muestran en la figura 14. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 14 se describen a continuación en la Tabla XII.
Tabla XII
El agente espumante ejemplar I incluye un óxido de amina que es anfótero y está disponible en el mercado de Pilot Chemical con el nombre comercial Macat® AO-12.
El agente espumante ejemplar III incluye un alcohol polivinílico que es no iónico y está disponible en el mercado de Solenis lLc de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial DeTac™ y de Sekisui Specialty Chemicals de Dallas, Texas, con el nombre comercial Selvol™ 540.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
Como puede verse en la figura 14, la adición en la parte húmeda de Hercobond™ 7700 dio como resultado una pequeña mejora en TEA con respecto al control de la parte húmeda sin tratar. La adición asistida por espuma de aditivos de resistencia en seco proporcionó una mejora significativa en TEA en comparación con la muestra de control de espuma no tratada. Como puede verse en la figura 14, la adición de espuma proporcionó hasta un 65 % de mejora en TEA mediante el uso del agente espumante a base de anfótero Macat® AO-12, y hasta un 120 % de mejora en TEA mediante el uso del agente espumante a base de alcohol polivinílico Selvol™ 540.
Ejemplo 2G
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando el mismo equipo y procedimientos usados en el ejemplo 2A, usando pasta de celulosa de revestimiento de Kraft virgen sin blanquear nunca secada de CSF 750. Se aplicaron espumas diseñadas para aplicar cantidades aproximadamente equivalentes de ciertos aditivos de resistencia en seco a la dosis en la parte húmeda sobre las hojas formadas en húmedo. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 2A. Para determinar las mejoras de resistencia de diferentes tipos de aditivos de resistencia, se incorporaron a la espuma diferentes aditivos de resistencia en seco. Los aditivos de resistencia utilizados fueron Hercobond™ 7700, Hercobond™ 6950 y Hercobond™ 6350, todos los cuales contienen unidades funcionales de amina primaria en forma de unidades poliméricas de polivinilamina. Otros aditivos de resistencia usados fueron Hercobond™ 1630 y Hercobond™ 1307, que no contienen unidades de polímero de polivinilamina. El agente espumante usado fue un alquilpoliglucósido (Dow™ BG-10). A continuación, se probó la resistencia a la tracción en seco y en húmedo (rehumedecido) de cada una de las muestras. Los resultados
de la prueba de tracción se muestran en la figura 15. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 15 se describen a continuación en la Tabla XIII.
Tabla XIII
El agente espumante ejemplar II incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de Dow Chemical con el nombre comercial Triton™ BG-10.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
El aditivo de resistencia sintético II incluye polímeros y copolímeros que contienen vinilamina que son catiónicos y están disponibles en el mercado de Solenis lLc de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 6950.
El aditivo de resistencia sintético III incluye polímeros y copolímeros que contienen vinilamina que son catiónicos y están disponibles en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 6350.
El aditivo de resistencia sintético IV incluye un dimetilaminoetilmetacrilato que es anfótero y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 1630.
El aditivo de resistencia sintético V incluye un copolímero de acrilamida glioxilada-cloruro de dialildimetilamonio que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 1307.
Como puede verse en la figura 15, las muestras preparadas con aditivos de resistencia catiónicos sintéticos que
contienen unidades funcionales de amina primaria mostraron un mejor rendimiento de resistencia a la tracción que las muestras preparadas con aditivos de resistencia que no contenían unidades funcionales de amina primaria. Además, las hojas de prueba hechas con la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia que contienen unidades funcionales de amina primaria mostraron un mejor rendimiento de resistencia a la tracción que las hojas de prueba preparadas usando la cantidad equivalente de aditivo de resistencia con adición en la parte húmeda.
Ejemplo 2H
Se prepararon hojas de prueba usando los mismos métodos que para el ejemplo 2G. Las espumas se prepararon de acuerdo con la formación de espuma descrita en el ejemplo 2A. A continuación, se probó la absorción de energía de tracción (TEA) de cada muestra. Los resultados de la absorción de energía de tracción se muestran en la figura 16. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 16 se describen a continuación en la Tabla XIV.
Tabla XIV
El agente espumante ejemplar II incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de Dow Chemical con el nombre comercial Triton™ BG-10.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
El aditivo de resistencia sintético II incluye polímeros y copolímeros que contienen vinilamina que son catiónicos y están disponibles en el mercado de Solenis lLc de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 6950.
El aditivo de resistencia sintético III incluye polímeros y copolímeros que contienen vinilamina que son catiónicos y están disponibles en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial
Hercobond™ 6350.
El aditivo de resistencia sintético IV incluye un dimetilaminoetilmetacrilato que es anfótero y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 1630.
El aditivo de resistencia sintético V incluye un copolímero de acrilamida glioxilada-cloruro de dialildimetilamonio que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 1307.
Como puede verse en la figura 16, las muestras preparadas con aditivos de resistencia que contienen unidades funcionales de amina primaria mostraron un mejor rendimiento de TEA que las muestras preparadas con aditivos de resistencia que no contenían unidades funcionales de amina primaria. Además, las muestras de hojas de prueba hechas a partir de la aplicación asistida por espuma de aditivos de resistencia que contienen unidades funcionales de amina primaria mostraron un mejor rendimiento de TEA que las muestras de hojas de prueba preparadas mediante la adición en la parte húmeda de la cantidad equivalente del mismo aditivo de resistencia.
Ejemplo 3A
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado de norma canadiense de drenabilidad (CSF) 370. Se formaron espumas sin aditivos de resistencia en presencia de diversos agentes espumantes (incluyendo los tipos aniónico, zwitteriónico y no iónico). Estas espumas se aplicaron sobre las hojas formadas en húmedo.
Los agentes espumantes usados en el ejemplo 3A incluyen SDS de Sigma Aldrich, Crodateric™ CAS 50, Crodateric™ CAB 30 y Multitrope™ 1620 de Croda Inc., Macat® AO-12 de Pilot Chemical Co., Glucopon® 425N de BASF Corp., Triton™ BG-10 y Triton™ CG-110 de Dow Chemical Co. La concentración de cada agente espumante se ajustó de modo que cada espuma tuviera un contenido de aire de aproximadamente el 70 %.
Las hojas formadas en húmedo se produjeron usando el equipo de hojas de prueba de Noble and Wood. Las hojas formadas en húmedo se transfirieron a un dispositivo de aplicación de espuma que permitió la aplicación de un vacío después de la adición de espuma. A continuación, se aplicó espuma usando un dispositivo de descenso del nivel. La cantidad de espuma aplicada se controló cuidadosamente. La cantidad de espuma aplicada se pudo estimar por la altura de la espuma aplicada a la hoja y posteriormente se confirmó mediante experimentos de calibración que controlaban el contenido de nitrógeno de cantidades conocidas de aditivos de resistencia aplicados.
La resistencia a la tracción de cada hoja de muestra se probó para cada condición frente a un control (sin espuma ni aditivos químicos). Los resultados de las pruebas de tracción se muestran en la figura 17. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 17 se describen a continuación en la Tabla XV.
Tabla XV
El agente espumante ejemplar I incluye un óxido de amina que es anfótero y está disponible en el mercado de Pilot Chemical con el nombre comercial Macat® AO-12.
El agente espumante ejemplar II incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de Dow Chemical con el nombre comercial Triton™ BG-10.
El agente espumante ejemplar IV incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de BASF con el nombre comercial Glucopon® 425N.
El agente espumante ejemplar V incluye una cocamidopropil hidroxisultaína que es zwitteriónica y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Crodateric™ CAS 50.
El agente espumante ejemplar VI incluye un polisacárido que es no iónico y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Multitrope™ 1620.
El agente espumante ejemplar XIV incluye una cocamidopropil betaína que es anfótera y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Crodateric™ CAB 30.
El agente espumante ejemplar XV incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de Dow Chemical con el nombre comercial Triton™ CG-110.
El agente espumante comparativo I incluye dodecilsulfato de sodio que es aniónico y está disponible en el mercado de diversas fuentes.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
Como puede verse en la figura 17, los diferentes agentes espumantes (preparados sin aditivos de resistencia) tienen impactos diferentes sobre las propiedades de resistencia de las muestras. SDS, un tensioactivo aniónico, redujo la resistencia a la tracción en seco en aproximadamente el 15 % en comparación con el control. Entre los tensioactivos zwitteriónicos, Crodateric™ CAS 50 de Croda Inc., un tensioactivo basado en cocamidopropil hidroxisultaína, tiene una resistencia a la tracción en seco comparable con el control. Para los tensioactivos no iónicos, Triton™ BG-10 de Dow Chemical Co., un agente espumante a base de alquilpoliglucósido, también produjo una resistencia a la tracción en seco comparable en comparación con el control. Otros agentes espumantes produjeron una resistencia en seco ligeramente disminuida en comparación con el control. Como puede verse en esta figura, se obtuvieron resultados similares con la prueba de tracción en húmedo (rehumedecido) de las muestras.
Ejemplo 3B
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado de CSF 370 sin reciclado de aguas de vertido. Las espumas se prepararon usando el 1 % en peso (como producto en la solución espumante) de Hercobond™ 7700, un aditivo catiónico sintético de resistencia en seco de Solenis LLC, usando diversos agentes espumantes diferentes, antes de aplicar las espumas sobre una hoja formada en húmedo.
Los agentes espumantes usados en este ejemplo incluyen Triton™ BG-10 y Triton™ X-100 de Dow Chemical Co., Glucopon® 425N de BASF Corp., Macat® AO-12 de Pilot Chemical Co., Mona™ AT-1200, NatSurf™ 265, Tween® 20, Tween® 80, Multitrope™ 1620, Crodateric™ CAS 50, Crodasinic™ LS30, Diversaclean™ y Forestall™ de Croda Inc. En la hoja de control, no se añadieron agentes espumantes ni aditivos de resistencia en seco durante la formación de la hoja. También se prepararon hojas de prueba con Hercobond™ 7700 a 4 libras/tonelada añadido mediante adición en la parte húmeda tradicional para compararlas con las muestras de adición de espuma. En una prueba de calibración de dosis separada, los resultados sugieren que la adición de espuma desde el 1 % de la solución espumante Hercobond™ 7700 (como producto) proporciona una dosis equivalente al nivel de adición en la parte húmeda de 4 libras/tonelada de Hercobond™ 7700 (como producto).
A continuación, se probó la resistencia a la tracción de cada una de las muestras. Los resultados de las pruebas de tracción se muestran en la figura 18. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 18 se describen a continuación en la Tabla XVI.
Tabla XVI
El agente espumante ejemplar I incluye un óxido de amina que es anfótero y está disponible en el mercado de Pilot Chemical con el nombre comercial Macat® AO-12.
El agente espumante ejemplar II incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de Dow Chemical con el nombre comercial Triton™ BG-10.
El agente espumante ejemplar III incluye un alcohol polivinílico que es no iónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial DeTac™ y de Sekisui Specialty Chemicals de Dallas, Texas, con el nombre comercial Selvol™ 540.
El agente espumante ejemplar IV incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de BASF con el nombre comercial Glucopon® 425N.
El agente espumante ejemplar V incluye una cocamidopropil hidroxisultaína que es zwitteriónica y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Crodateric™ CAS 50.
El agente espumante ejemplar VI incluye un polisacárido que es no iónico y está disponible en el mercado de
Croda con el nombre comercial Multitrope™ 1620.
El agente espumante ejemplar VII incluye un alcohol etoxilado que es no iónico y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial NatSurf™ 265.
El Agente espumante ejemplar VIII incluye un polietilenglicol que es no iónico y está disponible en el mercado de Dow Chemical con el nombre comercial Triton™ X-100.
El agente espumante ejemplar IX incluye una betaína que es zwitteriónica y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Mona™ AT-1200.
El agente espumante ejemplar X incluye un éster de hexitol que es no iónico y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Tween® 80.
El agente espumante ejemplar XI incluye un éster de hexitol que es no iónico y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Tween® 20.
El agente espumante ejemplar XII incluye una mezcla de un alquilpoliglucósido y un alcohol alcoxilado que son no iónicos y están disponibles en el mercado de Croda con el nombre comercial Diversaclean™.
El Agente espumante ejemplar XIII incluye un alquilamonio cuaternario que es catiónico y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Forestall™.
El agente espumante comparativo II incluye un lauroilsarcosinato que es aniónico y está disponible en el mercado de Croda con el nombre comercial Crodasinic™ LS30.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
La elección del agente espumante usado en combinación con Hercobond™ 7700 tiene un gran efecto sobre la resistencia a la tracción tanto en seco como en húmedo (rehumedecido) de la hoja de prueba. Todas las espumas aplicadas a las hojas de prueba con los diferentes agentes espumantes contenían la misma cantidad de aditivo de resistencia en seco. Algunos agentes espumantes, tales como Mona™ AT-1200, usados en combinación con el aditivo de resistencia en seco redujeron la resistencia a la tracción de la muestra de la hoja de prueba por debajo de la de la hoja de control. Algunos agentes espumantes (por ejemplo, Triton™ BG-10, Macat® AO-12), cuando se usan en combinación con el aditivo de resistencia en seco, mejoraron la resistencia a la tracción en seco a un nivel igual al de la adición en la parte húmeda. Los resultados muestran la mayoría de los agentes espumantes (Forestall™, Macat® AO-12, Crodateric™ CAS 50, Triton™ BG-10, Glucopon® 425N, Multitrope™ 1620, NatSurf™ 265, Triton™ X-100, Tween® 20, Tween® 80 y Diversaclean™), cuando se usan en combinación con aditivos de resistencia en seco, proporcionan una mayor resistencia a la tracción en húmedo (rehumedecido) en comparación con los que se fabrican con adición en la parte húmeda.
Ejemplo 3C
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando el mismo equipo y procedimientos descritos anteriormente en el ejemplo 3A, usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado de CSF 370. La aplicación asistida por espuma del aditivo catiónico sintético Hercobond™ 7700 de Solenis LLC se realizó en algunas de las hojas de prueba de muestra. El agente espumante usado fue Selvol™ 540 de Sekisui Chemical Co., un agente espumante a base de alcohol polivinílico. Selvol™ 540 tiene aproximadamente un 88 % de hidrólisis (base molar) y una solución al 4 % tiene una viscosidad de aproximadamente 50±5 cP (de acuerdo con las especificaciones del fabricante). Las espumas se prepararon usando el 1 % en peso (como producto en la formulación espumante) de Hercobond™ 7700 en presencia de Selvol™ 540 antes de la aplicación a las hojas formadas en húmedo. También se prepararon hojas tratadas con espuma usando Macat® AO-12 y Triton™ BG-10, y también se preparó una muestra usando la adición en la parte húmeda del aditivo de resistencia. Se midieron las resistencias a la tracción en seco y en húmedo (rehumedecido) de las hojas. Los resultados de las pruebas de resistencia a la tracción para las muestras de hojas de prueba con Selvol™ 540 y el 1 % de Hercobond™ 7700 se muestran en la figura 19. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 19 se describen a continuación en la tabla XVII.
Tabla XVII
El agente espumante ejemplar I incluye un óxido de amina que es anfótero y está disponible en el mercado de Pilot Chemical con el nombre comercial Macat® AO-12.
El agente espumante ejemplar II incluye un alquilpoliglucósido que es no iónico y está disponible en el mercado de Dow Chemical con el nombre comercial Triton™ BG-10.
El agente espumante ejemplar III incluye un alcohol polivinílico que es no iónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial DeTac™ y de Sekisui Specialty Chemicals de Dallas, Texas, con el nombre comercial Selvol™ 540.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
Los resultados muestran que el uso del agente espumante polimérico Selvol™ 540 junto con el aditivo de resistencia en seco Hercobond™ 7700 dio como resultado mejoras significativas en la resistencia en comparación con el control sin tratar. La ganancia de resistencia a la tracción en seco para la hoja tratada con espuma con Selvol™ 540 fue del 22% sobre la del control, mientras que las hojas tratadas con espuma usando Macat® AO-12 y Triton™ BG-10 mostraron un rendimiento equivalente al de la muestra preparada mediante adición en la parte húmeda y mostraron una mejora del 10 % sobre la del control no tratado.
Ejemplo 3D
Se produjeron hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 usando el mismo equipo y procedimientos descritos anteriormente en el ejemplo 3A, usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado de CSF 370. Para confirmar que no se puede observar una respuesta a la dosis y mejoras similares en las propiedades de resistencia al añadir los aditivos de resistencia Selvol™ 540 y Hercobond™ 7700 por medio de adición en la parte húmeda, se usaron condiciones de hoja de prueba idénticas para crear muestras de hojas de prueba mediante la adición en la parte húmeda de 4 libras/tonelada de Hercobond™ 7700 y 20 libras/tonelada de Selvol™ 540, mediante la adición asistida por espuma del 1 % de espuma Hercobond™ 7700 producida con el agente espumante Selvol™ 540, y mediante la adición asistida por espuma del 5 % de espuma Hercobond™ 7700 con Selvol™ 540. Las hojas de prueba de aproximadamente 100 g/m2 se produjeron usando el mismo equipo y procedimientos descritos anteriormente con respecto al ejemplo 3A usando pasta de celulosa de cartón de revestimiento reciclado de CSF 370. A continuación, se midió la resistencia a la tracción de estas muestras, junto con un control. Los resultados de la comparación de la resistencia a la tracción de estas hojas de prueba se muestran en la figura 20. Las hojas de prueba evaluadas en la figura 20 se describen a continuación en la Tabla XVIII.
Tabla XVIII
El agente espumante ejemplar III incluye un alcohol polivinílico que es no iónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial DeTac™ y de Sekisui Specialty Chemicals de Dallas, Texas, con el nombre comercial Selvol™ 540.
El aditivo de resistencia sintético I incluye un copolímero de injerto de un monómero de vinilo y una vinilamina funcionalizada que es catiónico y está disponible en el mercado de Solenis LLC de Wilmington, Delaware, con el nombre comercial Hercobond™ 7700.
Como puede verse en la figura 20, las ganancias de resistencia a la tracción para la hoja tratada con espuma Hercobond™ 7700 al 1 % usando Selvol™ 540 como agente espumante fueron más del doble que las de la adición en la parte húmeda, lo que indica que la aplicación de espuma dio como resultado grandes ganancias de resistencia a la tracción en húmedo (rehumedecido) y resistencia a la tracción en seco. Además, se observa una respuesta a la dosis con las muestras de adición asistida por espuma, con la espuma Hercobond™ 7700 al 5 % (con Selvol™ 540 usado como agente espumante) que muestra un aumento aún mayor en la resistencia a la tracción en seco y en la resistencia a la tracción en húmedo (rehumedecido) en comparación con la hoja de control sin tratar.
Si bien se ha presentado al menos una realización ejemplar en la descripción detallada anterior, debe apreciarse que existe un gran número de variaciones. También debe apreciarse que la realización ejemplar o las realizaciones ejemplares son solo ejemplos, y no pretenden limitar el alcance, la aplicabilidad o la configuración de la divulgación de ninguna manera. Más bien, la descripción detallada anterior proporcionará a los expertos en la materia una hoja de ruta conveniente para implementar la realización ejemplar o las realizaciones ejemplares. Debe entenderse que se pueden realizar diversos cambios en la función y disposición de los elementos sin apartarse del alcance de la divulgación tal como se establece en las reivindicaciones adjuntas y los equivalentes legales de las mismas.
Claims (13)
1. Una formulación espumante para producir una espuma con un contenido de gas objetivo tras la incorporación de gas en la formulación espumante, comprendiendo la formulación espumante:
al menos un agente espumante en una cantidad de aproximadamente el 0,001 % a aproximadamente el 10%, basándose en un peso total de la formulación espumante, en donde el al menos un agente espumante comprende al menos uno de:
(a) un agente espumante no iónico seleccionado del grupo de etoxilatos, ácidos grasos alcoxilados, polietoxiésteres, ésteres de glicerol, ésteres de poliol, ésteres de hexitol, alcoholes grasos, alcoholes alcoxilados, alquilfenoles alcoxilados, glicerina alcoxilada, aminas alcoxiladas, diaminas alcoxiladas, amida grasa, alquilolamida de ácido graso, amidas alcoxiladas, imidazoles alcoxilados, óxidos de amidas grasas, alcanolaminas, alcanolamidas, polietilenglicol, óxido de etileno y propileno, copolímeros de EO/PO y sus derivados, poliéster, alquilsacáridos, alquilpolisacáridos, alquilglucósidos, alquilpoliglucósidos, éter de alquilglicol, éteres de polioxialquilenalquilo, alcoholes polivinílicos y sus derivados, alquilpolisacáridos y combinaciones de los mismos;
(b) un agente espumante zwitteriónico o anfótero seleccionado del grupo de óxido de lauril dimetilamina, cocoanfoacetato, cocoanfodiacetato, cocoanfodipropionato, cocamidopropil betaína, alquil betaína, alquilamido betaína, hidroxisulfo betaína, cocamidopropil hidroxisultaína, alquiliminodipropionato, óxido de amina, derivados de aminoácidos, óxido de alquildimetilamina y combinaciones de los mismos; o
(c) un agente espumante catiónico seleccionado del grupo de alquilamina y alquilamida y sus derivados, alquilamonios, amida alcoxilada y sus derivados, amina grasa y amida grasa y sus derivados, amonios cuaternarios, alquilamonios cuaternarios y sus derivados y sus sales, derivados de imidazolinas, sales de carbilamonio, sales de carbilfosfonio, polímeros y copolímeros de estructuras descritas anteriormente, y combinaciones de los mismos;
al menos un aditivo de resistencia sintético en una cantidad de aproximadamente el 0,01 % a aproximadamente el 50 % de la cantidad total de la formulación espumante, en donde el al menos un aditivo de resistencia sintético comprende un grupo funcional catiónico; y
agua.
2. La formulación espumante de la reivindicación 1, en donde el al menos un agente espumante comprende un alcohol polivinílico o un derivado de alcohol polivinílico.
3. La formulación espumante de la reivindicación 2, en donde el alcohol polivinílico o derivado de alcohol polivinílico tiene un grado de hidrólisis entre aproximadamente el 70 % y el 99,9 %, un peso molecular de entre aproximadamente 5000 y 400.000, y/o una viscosidad de entre aproximadamente 3 y 75 cP al 4 % de sólidos y 20 °C.
4. La formulación espumante de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el al menos un aditivo de resistencia sintético que comprende un grupo funcional catiónico tiene una funcionalidad amina primaria de aproximadamente el 1 al 100 %, en base molar.
5. La formulación espumante de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el al menos un aditivo de resistencia sintético que comprende grupos funcionales catiónicos se selecciona del grupo de:
Copolímeros de DADMAC-acrilamida, con o sin glioxilación posterior,
polímeros y copolímeros de acrilamida con grupos catiónicos que comprenden AETAC, AETAS, METAC, METAS, ApTAC, MAPTAC, DMAEMA, o combinaciones de los mismos, con o sin glioxilación posterior, polímeros y copolímeros que contienen vinilamina,
polímeros PAE,
polietileniminas,
poli-DADMAC; poliaminas,
polímeros a base de acrilamida sustituida con dimetilaminometilo, y
combinaciones de los mismos; y
en donde DADMAC es cloruro de dialildimetilamonio, DMAEMA es dimetilaminoetilmetacrilato, AETAC es cloruro de acriloiloxietiltrimetilo, AETAS es sulfato de acriloiloxietiltrimetilo, METAC es cloruro de metacriloiloxietiltrimetilo, METAS es sulfato de metacriloiloxietiltrimetilo, APTAC es cloruro de acriloilamidopropiltrimetilamonio, MAPTAC es cloruro de acriloilamidopropiltrimetilamonio y PAE son polímeros de poliamidoamina-epiclorhidrina.
6. La formulación espumante de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el equilibrio hidrófilo-lipófilo de la formulación espumante es superior a aproximadamente 8.
7. La formulación espumante de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
en donde la concentración del al menos un agente espumante en la formulación espumante es sustancialmente mínimamente suficiente para producir el contenido de gas objetivo de la espuma después de que se incorpora gas en la formulación espumante.
8. La formulación espumante de la reivindicación 7, en donde el contenido de gas objetivo para la espuma producida después de la incorporación de gas en la formulación espumante es de aproximadamente el 40 % de gas a aproximadamente el 95 % de gas, basándose en el volumen total de la espuma.
9. La formulación espumante de la reivindicación 7 u 8, en donde el contenido de gas objetivo para la espuma producida después de la incorporación de gas en la formulación espumante es de aproximadamente el 60 % de gas a aproximadamente el 80 % de gas, basándose en el volumen total de la espuma.
10. Un método de introducción de un aditivo de resistencia catiónico sintético en un producto de papel, que comprende:
producir una espuma a partir de una formulación espumante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 9; y
aplicar la espuma a una banda embrionaria formada en húmedo.
11. El método de la reivindicación 10, en donde el producto de papel se selecciona entre cartón de revestimiento virgen, cartón de revestimiento reciclado o papel para bolsas o sacos.
12. El método de la reivindicación 10 u 11, en donde la etapa de producir la espuma a partir de la solución espumante comprende al menos uno de: cizallar la solución espumante en presencia de un gas; inyectar gas en la solución espumante; o inyectar la solución espumante en un flujo de gas.
13. El método de la reivindicación 10, en donde la etapa de aplicar espuma a la banda embrionaria formada en húmedo se realiza cuando la banda embrionaria formada en húmedo tiene una consistencia de fibra de pasta de celulosa de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 30 %.
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