ES2347993T3

ES2347993T3 - Papel con rigidez y cuerpo mejorados y método para fabricarlo campo de aplicación de la invención.

Info

Publication number: ES2347993T3
Application number: ES03754663T
Authority: ES
Inventors: Agne Swerin; Sen Yang; Jay C. Song
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: International Paper Co
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2010-11-26
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: RU2387752C2; RU2005110935A; WO2004025026A1; EP1552058A1; US20040065423A1; CN1703555B; US20090020247A1; DE60333856D1; US8790494B2; US20140335333A1; RU2008103875A; EP1552058A4; CN1703555A; US8460512B2; EP1552058B1; AU2003272481A1; ATE478195T1; US20130255897A1; RU2330911C2

Abstract

Un papel o cartón que tiene un índice de volumen y una rigidez mejorados que comprende: una estructura de tres capas de un pliego con perfil en doble T que posee una capa superior (14), una capa central (12) y una capa inferior (14), en el que la capa central (12) es una capa con núcleo celulósico y las capas superior e inferior (14) se basan en almidón, caracterizado porque las capas superior e inferior (14) son capas de revestimiento aplicadas mediante una prensa encoladora que cubren una superficie superior e inferior de la capa central con mínima penetración hacia la capa central, de manera que el almidón está sustancialmente ausente de la capa central, donde la relación entre el espesor de película de las capas de revestimiento de almidón y el papel como un todo está entre 1:50 y 1:1,1, y un agente expansor de volumen compenetrado dentro de la capa central (12).

Description

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se relaciona con las técnicas de fabricación de papel y, en particular, con la fabricación de sustratos de papel. Esta invención también se relaciona con los artículos fabricados a partir de los sustratos de esta invención, tales como papel para imprimir y artículos de cartón.

SOLICITUD RELACIONADA

Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de los Estados Unidos No. de Serie 60/410.666, presentada el 13 de septiembre de 2002.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las oficinas de trabajo y del hogar modernas utilizan un sinnúmero de productos de papel, los que incluyen, sin limitación, grados de papel reprográfico y cartón, tales como papeles para escritura, papel para imprimir, papel para copiado, y papel para formularios. Desafortunadamente, dichos productos de papel y cartón presentan una o más desventajas. Por ejemplo, algunos de estos productos tienen un gramaje relativamente bajo o no son suficientemente rígidos al doblado o durables para soportar un recorrido completo en una máquina copiadora. Así, dentro de la industria hay un objetivo constante de producir papeles reprográficos de menores gramajes, pero con iguales propiedades de rigidez, con el fin de ahorrar materias primas y de poder aumentar la productividad. Otras propiedades importantes de los papeles reprográficos son la flexión, es decir, movimiento fuera del plano, y la higroexpansividad, es decir, la expansión y la contracción del papel con las variaciones de la humedad relativa. Se requiere una baja flexión durante el apilado del papel en las máquinas copiadoras y para la correcta alimentación. Se requiere una baja higroexpansividad porque la flexión es función de la higroexpansividad y de la distribución del material en la hoja (véase, por ejemplo, Carlsson, L.: A Study of the Bending Properties of Paper and their Relation to the Layered Structure, Doctoral thesis, Chalmers University of Technology, Department of Polymeric Materials, Gothenburg, Sweden, 1980, ISBN 91-7032-003-9). La higroexpansividad y la flexión son también función del proceso de fabricación del papel, especialmente durante el secado de un tejido fibroso (ver ejemplo Handbook of Physical Testing of Paper, 2nd Edition, Vol. 1, Chapter 3, page 115-117, ISBN 0-8247-0498-3 by T. Uesaka: Dimensional Stability and Environmental Effects on Paper Properties). La resistencia a la flexión Sb del papel es función del módulo elástico E y del espesor t, de tal forma que Sb es proporcional a Et3. Esto significa que el medio más efectivo para incrementar la resistencia a la flexión es aumentar el espesor del papel. Sin embargo, normalmente, el espesor debe mantenerse dentro de especificaciones. Una forma aún más eficiente de incrementar la resistencia a la flexión es crear un efecto de perfil en doble T, es decir, capas externas densas y un núcleo de menor densidad. Las expresiones matemáticas de una estructura de tres capas muestran que el efecto de perfil en doble T crea una resistencia a la flexión considerablemente mayor en comparación con una estructura homogénea si todos los otros parámetros se mantienen constantes (véase, por ej., Handbook of Physical Testing of Paper, 2nd Edition, Vol. 1, Chapter 5, page 233-256, ISBN 0-8247-0498-3 by C. Fellers y L.A. Carlsson: Bending Stiffness, with Special Reference to Paperboard). Este conocimiento ha sido reducido a la práctica en el cartón multipliego y también en papeles para imprimir de bajo gramaje, tales como papeles reprográficos (véase, por ej., Häggblom-Ahnger, U., 1998, Three-ply office paper, Doctoral thesis, Abo Akademi University, Turku, Finland, 1998).

Las unidades de prensa encoladora de las máquinas para papel modernas producen grados de papel reprográfico que frecuentemente tienen prensas encoladoras con dosificador. Estas unidades permiten la aplicación de almidón con prensa encoladora (y/u otros componentes reforzadores) a otras capas de la hoja. Esta tecnología ha sido demostrada en la bibliografía publicada (véase, por ej., Lipponen, J. et al.: Surface Sizing with Starch Solutions at High Solids Contents, 2002 Tappi Metered Size Press Forum, Orlando, FL, May 1-4, 2002, Tappi Press 2002, ISBN 1-930657-91-9). Los autores llegaron a una mejora significativa en la resistencia a la flexión corriendo la solución de almidón en la prensa encoladora con un 18% de sólidos en comparación con sólidos más bajos (8, 12 y 15%).

También existen unidades de estucadora de inundación entre rodillos (también denominadas de estanque o charco) de uso común. En este caso, el potencial para la aplicación de soluciones de almidón a las capas externas no es el mismo que para las unidades de prensa encoladora con dosificador debido a la inherente penetración más profunda en la hoja en la estucadora de inundación entre rodillos. Sin embargo, los resultados de la bibliografía sugieren que un aumento en los sólidos del almidón también pueden causar menor penetración con potencial para una resistencia a la flexión mejorada (véase, por ej., Bergh, N.-O.: Surface Treatment on Paper with Starch from the Viewpoint of Production Increase, XXI EUCEPA International Conference, Vol. 2, Conferencias nos. 23 a 43, Torremolinos, España, página 547, 1984). Sin embargo, hay posibilidades de mejorar considerablemente la resistencia a la flexión con respecto a los resultados reportados en la bibliografía y de recibir otros beneficios tal como se mencionó anteriormente.

Por consiguiente, existe una necesidad de mejores productos de papel y de cartón que reduzcan o eliminen una o más de estas desventajas y que puedan producir cartón y grados de papel reprográfico de gramajes considerablemente menores, con mayor productividad, y, por lo tanto, a menores costos de fabricación. Dicha mejora se beneficiaría con el aumento del cuerpo de la banda de papel antes de la aplicación en la prensa encoladora (debe tenerse en cuenta la gran influencia del espesor del papel sobre la resistencia a la flexión) en combinación con soluciones de almidón con sólidos elevados que incluyen modificadores y/o agentes reticulantes para aumentar la resistencia del revestimiento de la prensa encoladora y para incrementar la adhesión de la superficie a la capa aplicada. Además, es el objetivo de esta invención brindar estos beneficios dentro de un papel de un pliego, eliminando de ese modo los costos asociados con la maquinaria adicional necesaria para fabricar papel con múltiples capas de celulosa.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

Por lo tanto, es un objetivo de esta invención proporcionar un papel o cartón que tenga un cuerpo y una rigidez mejorados que posea una estructura con perfil en doble T de un pliego de tres capas con una capa superior, una capa central y una capa inferior, en la que la capa central es una capa nuclear celulósica, y las capas superior e inferior son capas de revestimiento basadas en almidón aplicadas mediante una prensa encoladora que cubren una superficie superior e inferior de la capa central con mínima penetración hacia la capa central, y un agente expansor de volumen compenetrado dentro de la capa nuclear celulósica.

Otro objetivo de esta invención es proporcionar un papel o cartón que tenga un cuerpo y una rigidez mejorados que posea una estructura con perfil en doble T de un pliego de tres capas con una capa superior, una capa central y una capa inferior, en la que la capa central es una capa nuclear celulósica, y las capas superior e inferior son capas de revestimiento basadas en almidón aplicadas mediante una prensa encoladora que cubren una superficie superior e inferior de la capa central, los pesos de revestimiento de almidón de cada una de las capas de revestimiento superior e inferior están entre 2 y 10 g/m2, y un agente expansor de volumen compenetrado dentro de la capa nuclear celulósica.

Otro objetivo adicional de la invención es brindar un método para fabricar un papel o cartón que comprende las etapas de proporcionar una composición de fabricación que incluye fibras celulósicas y un agente expansor de volumen, formar una banda fibrosa a partir de la composición de fabricación para elaboración de papel, secar la banda fibrosa para formar una banda seca, tratar mediante una prensa encoladora la banda seca con una solución de prensa encoladora de alta concentración de almidón para formar las capas superior e inferior sobre una cara superior e inferior de la banda fibrosa y secar la banda fibrosa después del tratamiento con prensa encoladora para formar un único pliego de tres capas con una estructura con perfil en doble T.

Otros objetivos, realizaciones, características y ventajas de la presente invención serán evidentes cuando se considere la descripción de una realización preferida de la invención en conjunto con los dibujos adjuntos, los que deben interpretarse en sentido ilustrativo y no restrictivo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS/DIBUJOS

La Fig. 1 es una ilustración esquemática del papel de tres capas de la invención, logrado mediante la expansión de la hoja base y el uso de almidón de sólidos elevados que incluye modificadores de la viscosidad/cargas/agentes reticulantes.

La Fig. 2 es una ilustración esquemática de un proceso de las máquinas para fabricar papel.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Un papel 10 de acuerdo con una realización de la invención se muestra en la Fig. 1, en la que el término “papel”, según se utiliza en la presente memoria, incluye no solo papel y la producción del mismo, sino también otros productos de tipo tejido, tales como placa y cartón y la producción de los mismos. Una capa nuclear celulósica 12 plana expandida se reviste en ambas caras mediante un revestimiento 14 de prensa encoladora de alta concentración de almidón. Las fibras celulósicas se forman a partir de una composición de fabricación de pulpa química que posee una mezcla de fibras de madera dura y de madera blanda con cargas adicionales tales como carbonato de calcio precipitado u otras cargas conocidas en la técnica. Las fibras también pueden intercalarse con tensioactivos, agentes de retención u otros aditivos típicamente añadidos a los productos de papel. La relación precisa de fibras de madera blanda a madera dura puede variar dentro del alcance de la invención. Idealmente, la relación de fibras de madera dura a madera blanda varía entre 3:1 y 10:1. Sin embargo, pueden utilizarse otras relaciones de madera blanda/madera dura u otros tipos de fibras, tales como fibras de pulpa química como pulpas de sulfato y sulfito, pulpa con contenido de madera o pulpa mecánica tal como pulpa termomecánica, pulpa quimiotermomecánica, pasta mecánica de refino y pulpa mecánica. Las fibras también pueden basarse en fibras recicladas, opcionalmente de pulpas destintadas, y mezclas de ellas.

La capa nuclear celulósica 12 es un núcleo de baja densidad expandido mediante un agente expansor, de modo tal que logra un espesor incrementado. La realización preferida utiliza un agente expansor a base de sal de diamida, tales como mono-y diestearamidas de aminoetiletanolamina, conocidas comercialmente como Reactopaque 100 (Omnova Solutions Inc., Performance Chemicals, 1476 J.A. Cochran By-Pass, Chester, SC 29706, USA y comercializada y vendida por Ondeo Nalco Co., con oficinas centrales en Ondeo Nalco Center, Naperville, IL 60563, USA) en aproximadamente 0,025 a aproximadamente 0,25% p/p en base seca. Sin embargo, pueden utilizarse varios agentes expansores químicos conocidos en la técnica, tales como imidazolina cuaternaria o microesferas, donde las microesferas están hechas de un material polimérico seleccionado del grupo que consiste en metacrilato de metilo, orto-cloroestireno, poli-orto-cloroestireno, cloruro de polivinilbencilo, acrilonitrilo, cloruro de vinilideno, para-terc-butilestireno, acetato de vinilo, acrilato de butilo, estireno, ácido metacrílico, cloruro de vinilbencilo y combinaciones de dos o más de los anteriores. La capa nuclear 12 puede contener otros materiales, tales como tensioactivos, agentes de retención y cargas conocidos en la técnica. Generalmente se prefiere el uso de agentes de retención si se utilizan microesferas como agente expansor. En la realización preferida que utiliza una sal de diamida, no se requieren agentes de retención.

En la realización preferida, las capas de revestimiento 14 basadas en almidón cubren ambas superficies de la capa nuclear. Los revestimientos de alta densidad cubren una superficie superior e inferior del núcleo celulósico expandido de menor densidad creando un efecto de perfil en doble T que es un producto de papel de un pliego de tres capas. En un papel o cartón que no es parte de la invención, sólo una cara de la capa nuclear celulósica puede revestirse con un estucado de almidón en prensa encoladora. Los revestimientos de alta concentración de la invención están formados a partir de soluciones basadas en almidón en un intervalo de sólidos de 620%, pero preferiblemente de mayor concentración de almidón que un papel típico pero suficientemente baja como para evitar la penetración excesiva de los revestimientos en las capas nucleares. Las realizaciones comerciales de la presente invención utilizan, generalmente, un contenido de sólidos de aproximadamente 6-12%. Sin embargo, en otras realizaciones preferidas, puede lograrse una rigidez elevada con sólidos de almidón de alrededor del 18%.

El revestimiento penetra mínimamente en la capa nuclear celulósica, o no penetra en absoluto. Por lo tanto, el almidón puede estar sustancialmente ausente en el núcleo celulósico. El control de la penetración se alcanza idealmente con un estucado en prensa encoladora con dosificador, de modo que el espesor de la película externa puede monitorearse estrechamente. En realizaciones preferidas, la relación entre el espesor de película de las capas de revestimiento de almidón y el papel como un todo está entre 1:50 y 1:1,1. Los niveles de porosidad del papel también afectan la penetración del revestimiento. Controlar el espesor y la penetración es clave para crear tres capas adyacentes separadas que forman la estructura con perfil en doble T que posee revestimientos externos de alta resistencia alrededor de un núcleo de menor densidad.

Los almidones utilizados en el revestimiento pueden ser cualquier almidón usado típicamente en un revestimiento, preferiblemente un hidroxietil-almidón, almidón oxidado, almidón modificado en forma catiónica o convertido enzimáticamente a partir de cualquier fuente de almidón comúnmente utilizada, tal como patata, maíz, trigo, arroz o tapioca. El revestimiento también puede contener modificadores de la viscosidad, agentes reticulantes y pigmentos tales como alcoholes polivinílicos, carbonato de zirconio y amonio, productos químicos a base de boratos, glioxal, melamina-formaldehído, carbonatos de calcio molidos y precipitados, arcillas, talco, TiO2 y sílice.

Completo, el gramaje del papel 10 se encuentra generalmente en el intervalo de 59-410 g/m2 y el revestimiento tiene un gramaje entre 2 y 10 g/m2.

La Figura 2 representa un esquema que es una realización de un método utilizado para formular el papel de la Figura 1. Se conocen numerosos tipos de máquinas para fabricar papel, muchas con variantes de un tipo de máquina típico de extremo húmedo/extremo seco. Así, la presente invención no se limita a un tipo específico de máquina para fabricar papel tal como la representada en el esquema de la Fig. 2.

Se añade un agente expansor 20 a una composición de fabricación durante el extremo húmedo de la máquina para fabricar papel, donde la composición de fabricación también puede comprender aditivos que incluyen cargas, auxiliares de retención, tensioactivos y otras sustancias típicamente añadidas al papel suministrado en el extremo húmedo que son conocidas en la técnica. En la presente realización, el agente expansor preferido es un producto a base de sal de diamida (Reactopaque 100). Sin embargo, pueden utilizarse otros agentes expansores dentro del espíritu de la invención.

El extremo húmedo comprende además un refinador 22 para el tratamiento mecánico de la pulpa, una tina de la máquina 32, una caja de entrada 24 que descarga un ancho chorro de la composición de fabricación sobre una sección de tela para formar una banda de papel fibrosa, una sección de tela 26 que tiene un tamiz móvil de malla extremadamente fina, una sección de prensa 28, y una sección de secado 34 que comprende una pluralidad de rodillos de soporte que secan la banda fibrosa y la transportan a la prensa encoladora.

Se mezcla un revestimiento a base de almidón en un tanque de mezclado 30. El almidón utilizado es preferiblemente un hidroxietil-almidón, almidón oxidado, almidón modificado en forma catiónica o convertido enzimáticamente a partir de cualquier fuente de almidón comúnmente utilizada, tal como patata, maíz, trigo, arroz o tapioca. En la presente realización, el almidón se cuece y añade al tanque de mezclado con modificadores de la viscosidad, agente reticulantes y cargas tales como uno o más de los siguientes: alcoholes polivinílicos, carbonato de zirconio y amonio, productos químicos a base de boratos, glioxal, melamina-formaldehído, carbonatos de calcio molidos y precipitados, arcillas, talco, TiO2 y sílice. El almidón puede cocerse con un producto químico a base de borato en una lejía dora de almidón 38 antes de ingresar al tanque de mezclado. El revestimiento mezclado se transporta a un tanque de prensa encoladora y luego se prensa contra la banda de papel, revistiendo una o ambas caras de la banda. El revestimiento a base de almidón tiene preferiblemente un contenido de sólidos de almidón en el intervalo de 6-20% en peso. Las capas de revestimiento pueden añadirse simultáneamente o en etapas de acuerdo con una de dos técnicas utilizadas típicamente en la industria. El espesor, peso, rigidez y resistencia al abarquillado son en su mayoría iguales con cualquiera de las dos técnicas.

El tratamiento con prensa encoladora utilizado es preferiblemente una aplicación de prensa encoladora con dosificador. Debido a la naturaleza de la prensa encoladora con dosificador, la aplicación de los sólidos de almidón puede controlarse y normalizarse. En consecuencia, la penetración del revestimiento de almidón en la capa nuclear celulósica es mínima, manteniendo el efecto de doble T de la estructura de pliego único de tres capas. Aún así, pueden utilizarse prensas encoladoras conocidas en la técnica, tales como una aplicación de estucadora de inundación entre rodillos. En este caso, el potencial de aplicación de las soluciones de almidón a las capas externas no es el mismo que para las unidades de encolado con dosificador debido a la penetración intrínseca más profunda en la hoja en la estucadora de inundación entre rodillos.

Posteriormente, la banda revestida es transportada al tratamiento en la prensa encoladora en el extremo seco 36 de la máquina para fabricación de papel, donde el extremo seco comprende típicamente una multiplicidad de cilindros rotativos calentados con vapor bajo una estructura de campana con calor confinado próximos a la ruta seguida por la banda de papel para secar adicionalmente el papel después de la aplicación de la prensa encoladora.

El sustrato de papel resultante exhibe una o más propiedades potenciadas en comparación con sustratos que no incluyen el aditivo expanzo de volumen y/o la prensa encoladora con almidón de altos sólidos en combinación con modificadores de la viscosidad y/o agentes reticulantes. Por ejemplo, para algunas realizaciones de la presente invención, el sustrato exhibe una mejor Lisura Sheffield (TAPPI 538om-88)) sobre ambas caras del sustrato, la de la tela y la del fieltro, en contraste con el mismo sustrato sin los citados ingredientes, permitiendo así un menor calandrado con retención del cuerpo.

Además, el papel exhibe una mejor resistencia al abarquillado, una propiedad de suma importancia para el desempeño en el uso final de los grados reprográficos, mejor higroexpansividad y una Resistencia a la Flexión de Lorentzon & Wettre potenciada. Otros beneficios de la invención incluyen una hoja más cerrada y/o una mayor posibilidad de alcanzar una cierta porosidad del papel, dando lugar a números de Gurley más elevados (TAPPI T460 om-96). Esto es beneficioso ya que los papeles reprográficos por lo general se cargan a través de máquinas copiadoras que utilizan succión por vacío para levantar las hojas.

Los siguientes ejemplos no limitantes ilustran diversos aspectos de la invención. A menos que se indique lo contrario, las temperaturas están en grados Celsius, el gramaje está en gramos por metro cuadrado y el porcentaje de cualquier aditivo para pulpa se basa en el peso secado en estufa de la cantidad total de material.

Ejemplo 1

Se realizaron una serie de ensayos en una máquina para fabricar papel equipada con una prensa encoladora de inundación entre rodillos. Se fabricó papel a partir de una mezcla de aproximadamente 9 partes de madera dura y 1 parte de madera blanda y que contenía 19% de carga (carbonatote calcio precipitado). Se añadió apresto AKD estándar como apresto interno y se añadió a la prensa encoladora un apresto superficial estándar junto con la solución de almidón. El ensayo comenzó con la adición de Reactopaque 100 a la tina de pulpa de madera dura antes del refinado. La velocidad de adición ascendió hasta el 0,15% y el revestimiento de la prensa encoladora que tenía almidón de maíz convertido enzimáticamente se modificó para contener almidón de sólidos más altos (10% en lugar del 8% estándar) en combinación con 5 partes, en base al almidón, de glioxal (Sequarez 755, Omnova Solutions Inc., SC, USA) y 25 partes, en base al almidón, de carbonato de calcio molido (Omyafil OG, Omya, Inc., Alpharetta, GA, USA). Una condición se corrió con estos ajustes, posteriormente el revestimiento de la prensa encoladora se volvió a cambiar por almidón sin glioxal ni carga, manteniendo los sólidos más altos. La última condición mantuvo estos ajustes pero disminuyendo el gramaje del papel con el propósito de evaluar el impacto de la resistencia a la flexión. La Tabla 1 brinda los resultados de la resistencia a la flexión de Lorentzon & Wettre (resistencia a la flexión), el calibre del papel y la porosidad de Bendtsen en comparación con un control sin un agente expansor de volumen y con sólidos de almidón estándar. La condición 2 muestra un incremento sobre el control en el calibre y en la resistencia a la flexión y una disminución en el número de porosidad. La condición 2 también exhibió una superficie más lisa determinada a partir del número de lisura de Bendtsen, que disminuyó de 225/210 ml/min (cara de la tela/cara del fieltro) a 205/195 mI/min (cara de la tela/cara del fieltro). Esto y la disminución de la porosidad para la condición 2 pueden atribuirse a la carga que cierra la superficie y crea una superficie más lisa. El hallazgo más importante se produce cuando se compara la Condición 2, la 3 y la 4 con la Condición 1 (control). El calibre aumenta con la adición de Reactopaque y la resistencia a la flexión asciende como consecuencia del aumento del calibre en combinación con el aumento del almidón localizado en las capas superficiales. El contenido total de almidón también aumentó como consecuencia de la hoja más abierta (mayor número de porosidad Bendtsen). La Condición 4 en comparación con la Condición 1 es especialmente importante ya que demuestra que la resistencia a la flexión permite que el gramaje disminuya manteniendo casi la misma resistencia a la flexión que el control.

Tabla 1

Condición: Tratamiento Gramaje g/m2 Calibre micrómetros Resistencia a la flexión, mN MD/CD Porosidad de Bendtsen ml/min

1: Control 80,3 99,4 104/62 880

2: Reactopaque Sólidos de almidón aumentados con glioxal y GCC 80,3 102,3 117/57 715

3: Reactopaque Sólidos de almidón aumentados 79,8 102,5 121/55 980

4: Reactopaque Sólidos de almidón aumentados Gramaje reducido 78,3 100,3 107/58 1000

5

Ejemplo 2

Se evaluó una serie de papeles en ensayos con prensa encoladora con dosificador. Se produjo un papel base de ensayo de 90 gramos por metro cuadrado sin Reactopaque 100. Al Control C1 que utilizó este papel base se le aplicó un

10 revestimiento con prensa encoladora de 2 g/m2, al control C2 se le aplicó un revestimiento con prensa encoladora de 5 g/m2 y al control C3 se le aplicó un revestimiento con prensa encoladora de 8 g/m2. Los controles se corrieron en comparaciones paralelas en una unidad de prensa encoladora con dosificador con una serie de papeles de ensayo de 88 gramos por metro cuadrado con 0,18% de

15 Reactopaque 100 añadido antes del refinado de la madera dura. A los papeles base de ensayo se les aplicó un revestimiento con prensa encoladora que contenía hidroxietil almidón de maíz (Ethylex 2035 de A.E. Staley Manufacturing Co., Decatur, IL, USA) con mayor contenido de sólidos (18% en lugar del 8% estándar) en combinación con glioxal y una carga (carbonato de calcio molido). Los papeles revestidos en prensa

20 encoladora se ensayaron para determinar la resistencia a la flexión, lisura y porosidad. Con el fin de resumir los resultados, la resistencia a la flexión se graficó en función de la lisura y los resultados se evaluaron en un aparato de lisura de Sheffield de 120 después de un calandrado acero contra acero. Se dan Los números de porosidad de Gurley y de lisura de Sheffield para los papeles no calandrados. El coeficiente de higroexpansión se evaluó en tiras de papel en dirección paralela y transversal a la máquina utilizando un probador de higroexpansividad de Varidim (Techpap, Grenoble, Francia). La higroexpansión se midió entre 15 y 90% de humedad relativa, a partir de

5 lo cual se calculó el coeficiente de higroexpansión. Se seleccionaron diferentes aditivos para las soluciones de almidón a partir de la siguiente lista:

• Tetraborato de sodio pentahidrato, bórax (Neobor de US Borax, CA, USA), adicionado al 0,25% respecto del almidón antes de cocer el almidón.

10 • Glioxal (Sequarez 755, Omnova Solutions Inc., SC, USA), adicionado al 5% respecto del almidón en combinación con carbonato de calcio precipitado adicionado al 50% respecto del almidón (Megafil 2000, Specialty Minerals, PA, USA)

• Alcohol polivinílico (Celvol 325 de Celenese Chemicals, TX, USA), adicionado al 5% respecto del almidón.

15 La Tabla 2 muestra los resultados. La combinación de altos sólidos y modificador de la viscosidad/carga/agente reticulante incrementa la resistencia a la flexión en más del 20% respecto del control. La sola modificación de los sólidos de almidón elevados también aporta algún beneficio, pero el resultado sorprendente es el impacto global sobre varias propiedades importantes del papel por aplicación del expansor de

20 volumen y la prensa encoladora. La aplicación de la prensa encoladora proporciona una hoja más cerrada según se observa a partir de los números de porosidad de Gurley crecientes, el papel base que contiene el aditivo expansor de volumen es más liso y el coeficiente de higroexpansión es significativamente menor para las condiciones con la combinación de altos sólidos de almidón y modificador de la

25 viscosidad/carga/agente reticulante. Tabla 2

Condición: Tratamiento Peso de capa de revest. de prensa encoladora, gramos por metro cuadrado Resist. a la flexión, mN, MD+CD Porcentaje de aumento de resist. a la flexión respecto del control Segundos de porosidad Gurley Lisura de Sheffield Coef. De higroex-Pansión

C1: Papel base de 90 g/m2 10% de sólidos de almidón 2 164 0% 13

C2: Papel base de 90 g/m2 10% de sólidos de almidón 5 191 0% 17 180 0,01

C3: Papel base de 8 210 0% 23

Condi-: Tratamiento Peso de Resist. Porcentaje Segundos Lisura de Coef. De

ción: capa de a la de aumento de Sheffield higroex

revest. de: flexión, de resist. a porosidad Pansión

prensa: mN, la flexión Gurley

encoladora,: MD+CD respecto del

gramos por: control

metro

cuadrado

90 g/m2

10% de sólidos

de almidón

4: Papel base de 88 g/m2 con 2 185 13% en comparación 30

volumen: con C1

expandido

18% de sólidos

de almidón

5: Papel base de 88 g/m2 con 5 200 5% en comparación 35

volumen: con C2

expandido

18% de sólidos

de almidón

6: Papel base de 88 g/m2 con 8 215 2% en comparación 34 148 0,01

volumen: con C3

expandido

18% de sólidos

de almidón

7: Papel base de 88 g/m2 con 2 193 18% en comparación 34

volumen: con C1

expandido

18% de sólidos

de almidón

0,25 partes de

bórax respecto

del almidón

antes de

cocción del

almidón

8: Papel base de 88 g/m2 con 5 216 13% en comparación 35

volumen: con C2

expandido

18% de sólidos

de almidón

0,25 partes de

bórax respecto

del almidón

antes de

cocción del

almidón

9: Papel base de 88 g/m2 con 8 223 6% en comparación 34 157 0,009

volumen: con C3

expandido

18% de sólidos

de almidón

0,25 partes de

bórax respecto

del almidón

antes de

cocción del

Condi-: Tratamiento Peso de Resist. Porcentaje Segundos Lisura de Coef. De

ción: capa de a la de aumento de Sheffield higroex

revest. de prensa encoladora, gramos por: flexión, mN, MD+CD de resist. a la flexión respecto del control porosidad Gurley Pansión

metro cuadrado

almidón

10: Papel base de 88 g/m2 con 2 200 22% en comparación 30

volumen: con C1

expandido

18% de sólidos

de almidón

5 partes de

glioxal respecto

del almidón y

25 partes de

PCC respecto

del almidón

añadidas al

revestimiento

de almidón

11: Papel base de 88 g/m2 con 5 212 11% en comparación 32

volumen: con C2

expandido

18% de sólidos

de almidón

5 partes de

glioxal respecto

del almidón y

25 partes de

PCC respecto

del almidón

añadidas al

revestimiento

de almidón

12: Papel base de 88 g/m2 con 8 226 8% en comparación 37 158 0,009

volumen: con C3

expandido

18% de sólidos

de almidón

5 partes de

glioxal respecto

del almidón y

25 partes de

PCC respecto

del almidón

añadidas al

revestimiento

de almidón

13: Papel base de 88 g/m2 con 2 192 17% en comparación 31

volumen: con C1

expandido

18% de sólidos

de almidón

5 partes de

alcohol

polivinílico

añadidas al

Condi-: Tratamiento Peso de Resist. Porcentaje Segundos Lisura de Coef. De

ción: capa de a la de aumento de Sheffield higroex

metro cuadrado

revestimiento

de almidón

14: Papel base de 88 g/m2 con 5 213 12% en comparación 43

volumen: con C2

expandido

18% de sólidos

de almidón

5 partes de

alcohol

polivinílico

añadidas al

revestimiento

de almidón

15: Papel base de 88 g/m2 con 8 222 6% en comparación 52 160 0,009

volumen: con C3

expandido

18% de sólidos

de almidón

5 partes de

alcohol

polivinílico

añadidas al

revestimiento

de almidón

Ejemplo 3

Se obtuvieron una serie de papeles a partir de una mezcla de 8 parte de pulpa de madera dura del Norte y 2 partes de pulpa de madera blanda del Norte, y que tenía 5 20% de la carga carbonato de calcio precipitado (Megafil 2000) de Specialty Minerals. Las pulpas se refinaron conjuntamente y alcanzaron una Freeness Canadiense Estándar de aproximadamente 450 ml. Se añadió un apresto AKD estándar (Hercon 70) de Hercules en el extremo húmedo para conferir a la hoja base un número de ensayo de apresto de Hercules de 50-100 segundos. Se añadió Reactopaque 100 a 10 razón de 0,17% en peso antes de refinar a una temperatura de la pulpa de 54ºC (130ºF) para lograr el efecto expansor de volumen. Los papeles se ensayaron para determinar el abarquillado en caliente con un instrumento patentado desarrollado para tales mediciones en el centro de investigación de International Paper del cesionario. Los resultados se dan en la Tabla 3. Se muestra en ella que la adición de

15 Reactopaque 100 a la hoja base proporciona una reducción significativa en el número de abarquillado (una diferencia de 5 unidades se considera una diferencia significativa).

Tabla 3

Muestra de papel: Tratamiento Abarquillado en caliente, milímetros

1: 75 gramos por metro cuadrado Sin Reactopaque 100 42

2: 80 gramos por metro cuadrado Sin Reactopaque 100 32

3: 75 gramos por metro cuadrado Con adición de Reactopaque 100 25

4: 80 gramos por metro cuadrado Con adición de Reactopaque 100 20

5

Aunque la invención ha sido descrita con referencia a realizaciones preferidas, una persona con experiencia ordinaria en la técnica apreciará que son posibles numerosas modificaciones a la luz de la anterior divulgación. Por ejemplo, la cantidad óptima de agente expansor de volumen utilizada con diferentes tipos y relaciones de

10 fibras celulósicas puede variar. Todas las mencionadas variaciones y modificaciones deberán estar dentro del alcance y espíritu de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas a la presente memoria.

Claims

Reivindicaciones

1. Un papel o cartón que tiene un índice de volumen y una rigidez mejorados que comprende: una estructura de tres capas de un pliego con perfil en doble T que posee una capa superior (14), una capa central (12) y una capa inferior (14), en el que la capa central (12) es una capa con núcleo celulósico y las capas superior e inferior

(14) se basan en almidón, caracterizado porque las capas superior e inferior (14) son capas de revestimiento aplicadas mediante una prensa encoladora que cubren una superficie superior e inferior de la capa central con mínima penetración hacia la capa central, de manera que el almidón está sustancialmente ausente de la capa central, donde la relación entre el espesor de película de las capas de revestimiento de almidón y el papel como un todo está entre 1:50 y 1:1,1, y un agente expansor de volumen compenetrado dentro de la capa central (12).
2. El papel o cartón de la reivindicación 1, en el que la relación entre el espesor de la capa central comparado con el espesor del papel o cartón está entre

1:50 y 1:1,1, o donde el gramaje del papel está entre 59 g/m2 y 410 g/m2 y el gramaje de cada una de las capas superior e inferior está entre 2 y 10 g/m2, o donde las capas superior e inferior tienen la aplicación del almidón controlada con una prensa encoladora con dosificador, o se forman a partir de una solución de almidón para revestimiento que tiene sólidos de almidón entre 6% y 20% en peso, o donde el agente expansor de volumen es un producto a base de una sal de diamida.
3.

El papel o cartón de la reivindicación 1, en el que el agente expansor de volumen está compuesto por un material polimérico en forma de microesferas seleccionado del grupo que consiste en metacrilato de metilo, orto-cloroestireno, poli-orto-cloroestireno, poli-cloruro de vinilbencilo, acrilonitrilo, cloruro de vinilideno, para-terc-butilestireno, acetato de vinilo, acrilato de butilo, estireno, ácido metacrílico, cloruro de vinilbencilo y combinaciones de dos o más de los anteriores, donde la capa central comprende además opcionalmente un agente de retención.
4.

El papel o cartón de la reivindicación 1, en el que la capa central comprende además un aditivo seleccionado del grupo que consiste en cargas, tensioactivos, agentes de encolado o una combinación de los mismos, o en el que el almidón se selecciona del grupo que consiste en hidroxietil-almidón, almidón oxidado, almidón modificado en forma catiónica o convertido enzimáticamente a partir de cualquier fuente de almidón comúnmente utilizada, tal como patata, maíz, trigo, arroz o tapioca.
5.

El papel o cartón de la reivindicación 1, en el que las capas superior e inferior comprenden además un agente reticulante o un modificador de la viscosidad o un pigmento, o en el que están comprendidos también aditivos seleccionados del grupo que consiste en alcoholes polivinílicos, carbonato de zirconio y amonio, productos químicos a base de boratos, glioxal, melamina-formaldehído, carbonatos de calcio molidos y precipitados, arcillas, talco, TiO2 y sílice, o una combinación de los mismos.
6.

El papel o cartón que tiene un índice de volumen y una rigidez mejorados de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los pesos de revestimiento de almidón de cada una de las capas de revestimiento superior e inferior están entre 2 y 10 g/m2.
7. Un método para fabricar un papel o cartón que comprende las etapas de: a) proporcionar un suministro que incluye fibras celulósicas y un agente

expansor de volumen,

b) formar un tejido fibroso a partir del suministro para fabricación de papel,

c) secar el tejido fibroso para formar un tejido seco (12), caracterizado por

d) tratar mediante una prensa encoladora el tejido seco (12) con una solución de prensa encoladora de alta concentración de almidón para formar las capas superior e inferior (14) sobre una cara superior e inferior del tejido fibroso con mínima penetración hacia el tejido fibroso de manera que el almidón esté sustancialmente ausente de la capa central, donde la relación entre el espesor de película de las capas de revestimiento de almidón y el papel como un todo está entre 1:50 y 1:1,1 y

e) secar el tejido fibroso después del tratamiento con prensa encoladora para formar un único pliego de tres capas con una estructura con perfil en doble T.
8.

El método de la reivindicación 7, en el que la relación entre el espesor del tejido fibroso comparado con el espesor del papel o cartón está entre 1:50 y 1:1,1.
9.

El método de la reivindicación 7, en el que el gramaje del papel está entre 59 g/m2 y 410 g/m2 y el gramaje de cada una de las capas de revestimiento superior e inferior está entre 2 y 10 g/m2, o donde no existen niveles sustanciales de almidón de las capas de revestimiento superior e inferior en el tejido fibroso, o donde las capas de revestimiento superior e inferior tienen sólidos de almidón menores que 20% en peso,

o donde el tratamiento con prensa encoladora utiliza una prensa encoladora con dosificador, o donde el agente expansor de volumen es un producto a base de una sal de diamida, o donde el suministro contiene además un aditivo seleccionado del grupo que consiste en: cargas, tensioactivos o una combinación de los mismos, o donde la solución de la prensa encoladora contiene además un aditivo seleccionado del grupo que consiste en: alcoholes polivinílicos, carbonato de zirconio y amonio, productos químicos a base de boratos, glioxal, melamina-formaldehído, carbonatos de calcio molidos y precipitados, arcillas, talco, TiO2 y sílice, o una combinación de los mismos.
10. El método de la reivindicación 8, en el que el almidón se selecciona de un

5 grupo que comprende: hidroxietil-almidón, almidón oxidado, almidón modificado en forma catiónica o convertido enzimáticamente a partir de cualquier fuente de almidón comúnmente utilizada, tal como patata, maíz, trigo, arroz o tapioca, o donde una solución de almidón de la solución de prensa encoladora de alta concentración de almidón se pre-cuece con un producto químico a base de borato antes del tratamiento

10 con prensa encoladora.