BR102018010860A2 - papel e processo de fabricação de papel utilizando celulose microfibrilada entre suas camadas - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a um papel multilaminar contendo fibras celulósicas e processo de fabricação do mesmo compreendendo a colagem entre diferentes camadas desse papel com a adição de 0,5 a 1,5 g/m2 de celulose microfibrilada (mfc) com diâmetro médio preferencial inferior à 250 nanômetros, gerando um papel com substituição total de amido, gramatura final variando na faixa de 60 a 440 g/m2 e com propriedades de resistência mecânica melhoradas usando menores quantidades de matéria-prima.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “PAPEL E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PAPEL UTILIZANDO CELULOSE MICROFIBRILADA ENTRE SUAS CAMADAS”.

Campo Técnico [0001] A presente invenção refere-se a um papel multilaminar contendo fibras celulósicas e processo de fabricação do mesmo compreendendo a colagem entre diferentes camadas do papel com a adição de celulose microfibrilada (MFC), gerando um papel com gramatura especial e propriedades de resistência mecânica melhoradas, utilizando menores quantidades de matéria-prima. A presente invenção está relacionada ao campo da fabricação de papel.

Antecedentes da Invenção [0002] A preocupação com o meio ambiente ganha espaço a cada dia na agenda dos países, que criam leis para regulamentar a geração de resíduos e destinação dada aos mesmos. Todo esse trabalho é decorrente da conscientização de que é necessário utilizar matérias-primas de fontes renováveis em processos industriais de produção.

[0003] A cadeia produtiva de papel e celulose se caracteriza por um alto grau de investimento e possui significativa presença na economia de escala, visto estar presente desde a exploração florestal até a comercialização.

[0004] A localização de fábricas está ligada à concentração dos ativos florestais, existindo uma forte dependência entre a produção de matéria-prima e o processo industrial.

[0005] O amido é um exemplo de agente ligante aplicado entre as camadas do papel cartão e utilizado industrialmente.

No entanto é possível encontrar soluções derivadas da própria fibra celulósica e que podem exercer a mesma função, conferindo melhores propriedades de resistência ao papel cartão.

[0006] Dessa forma, um processo de produção de papel que diminua a dependência e a extração da matéria-prima e confira resistência mecânica ao papel, produzido com a utilização de MFC biorrefinada, isto é, a MFC produzida sendo integrada ao processo de produção de papel, ao invés de se utilizar polímeros externos ao processo de produção, diminui as perdas, tornando o processo menos custoso e menos danoso ao meio ambiente.

[0007] O documento WO 2016/097964 refere-se a um processo para produção de um artigo revestido na confecção de embalagens, dito processo compreendendo um artigo contendo fibras celulósicas, como o papel ou papelão, e a aplicação de uma solução de recobrimento contendo MFC em uma concentração de no mínimo 5 g/m2 sobre esse artigo, com posterior etapa de desidratação. Ainda que não seja informada a gramatura do papel produzido de acordo com os ensinamentos desta anterioridade, o processo desenvolvido aqui utiliza quantidade de MFC abaixo do valor mínimo revelado, o que evidencia um problema do estado da técnica, pois utiliza maiores quantidades de matéria-prima.

[0008] O documento WO 2016/185332 refere-se a um método de aplicação de uma camada de revestimento compreendendo uma mistura de polissacarídeos microfibrilados, como a MFC, associada a um diluente, ambos aplicados a um papel ou papelão, de forma a conferir propriedades melhoradas. É estabelecido ainda que tal aplicação pode ser feita em uma ou duas camadas de papel na forma de filme contínuo. Não é informada a gramatura do papel produzido nem a quantidade de MFC aplicada, mas o processo descrito não necessita da aplicação de um diluente, utilizando, também, maiores quantidades de materiais.

[0009] O documento WO 2014/029917 descreve um processo para produção de papel utilizando técnica de multicamadas e partindo de uma composição aquosa compreendendo celulose nanofibrilada em uma concentração de 0,1 a 5%, onde a MFC é citada, em conjunto com um aditivo de resistência, como um amido catiônico, ambos alimentados em uma ou duas camadas intermediárias aumentando a resistência interna. O processo aqui descrito substitui integralmente o amido por MFC e não utiliza um aditivo de resistência, além do amido utilizado não ser catiônico.

[0010] Embora algumas anterioridades façam referência ao uso de MFC em processo de produção de papel, nenhuma delas descreve o uso da MFC sem a necessidade de substâncias auxiliadoras ou outros polímeros em quantidade considerável.

[0011] O presente processo de colagem entre camadas de papel utilizando MFC e produzindo um papel final com propriedades melhoradas da presente invenção compreende a adição de 0,5 g/m2 a 1,5 g/m2 de celulose microfibrilada em uma linha de produção de papel com gramatura que varia na faixa de 60 g/m2 a 440 g/m2, resolvendo o problema técnico constante nos ensinamentos anteriores, pois não necessita de diluentes, aditivos ou amido em quantidade considerável. O presente processo consegue, assim, um papel com maior resistência e, consequentemente, menor gramatura, com a aplicação de MFC.

Sumário da Invenção [0012] Em um primeiro aspecto, a presente invenção descreve um papel multilaminar contendo celulose microfibrilada e com gramatura e resistência aprimoradas.

[0013] É um primeiro objeto da presente invenção então um papel multilaminar contendo fibras de celulose microfibrilada entre suas camadas e com gramatura especial.

[0014] Em uma concretização preferencial, a quantidade de celulose microfibrilada presente entre as camadas do papel é de 0,5 a 1,5 g/m2 e a gramatura do papel produzido varia na faixa de 60 a 440 g/m2.

[0015] É também característica da invenção que o tamanho médio do diâmetro das fibras de celulose microfibrilada empregadas no papel seja inferior a 250 nanômetros.

[0016] É também outra característica da invenção que o papel produzido seja do tipo cartão ou corrugado.

[0017] Em um segundo aspecto, a presente invenção descreve um processo de produção de papel multilaminar utilizando fibras de celulose microfibrilada.

[0018] É um segundo objeto da presente invenção um processo de fabricação de papel multilaminar compreendendo a adição de fibras de celulose microfibrilada entre suas camadas.

[0019] Em uma concretização preferencial, a adição de fibras de celulose microfibrilada entre as camadas do papel feita a uma concentração de 0,5 a 1,5 g/m2 substitui até 100% do amido entre as camadas do papel.

[0020] É também característica da invenção a adição de fibras de celulose microfibrilada entre as camadas do papel a uma vazão de até 200 L/min.

[0021] Estes e outros objetos da presente invenção serão detalhados nas figuras e descrição a seguir.

Breve Descrição das Figuras [0022] A Figura 1 mostra uma representação esquemática das camadas de papel onde ocorre a aplicação de MFC para colagem das mesmas.

[0023] A Figura 2 mostra, por microscopia ótica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus em micrômetros, utilizada durante a etapa de processamento de produção da MFC.

[0024] A Figura 3 mostra, por microscopia ótica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus tratada em micrômetros, utilizada durante a etapa de tratamento químico-enzimático de produção da MFC.

[0025] A Figura 4 mostra, por microscopia ótica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após a 1a moagem em micrômetros, realizada na etapa de processamento da produção de MFC.

[0026] A Figura 5 mostra, por microscopia eletrônica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após 2a moagem, a 0,25 g/L de concentração de polpa e em nanômetros, realizada na etapa de produção da MFC.

[0027] A Figura 6 mostra, por microscopia eletrônica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após 2a moagem, a 0,05 g/L de concentração de polpa e em nanômetros, realizada na etapa de produção da MFC.

[0028] A Figura 7 mostra, por microscopia eletrônica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após 2a moagem, a 0,025 g/L de concentração de polpa e em nanômetros, realizada na etapa de produção da MFC.

[0029] A Figura 8 mostra os diferentes potenciais zeta em solução 10 mM de KCl para cada etapa de produção da MFC em comparação com água destilada e deionizada.

[0030] A Figura 9 mostra os graus de sedimentação após 24 horas em repouso para suspensões de polpa com concentração de 0,5 g/L em diferentes etapas do processo da produção de MFC.

[0031] A Figura 10 mostra a micrografia eletrônica em zoom crescente (50, 10 e 5 pm) de micropartículas de MFC produzidas por spray-drying após a ia moagem, realizada durante etapa de processamento da produção de MFC.

[0032] A Figura 11 mostra a micrografia eletrônica em zoom crescente (50, 10 e 2 pm) de micropartículas de MFC produzidas por spray-drying após a 2a moagem, realizada durante etapa de processamento da produção de MFC.

[0033] A Figura 12 mostra quatro imagens da microscopia eletrônica de transmissão de uma mesma região de uma fibra curta de celulose microfibrilada em zoom crescente (A = 2 pm, B = 1 pm e C e D = 500 nm) .

[0034] A Figura 13 mostra quatro imagens da microscopia eletrônica de transmissão de uma mesma região de uma fibra longa de celulose microfibrilada em zoom crescente (A e B = 2 μm e C e D = 1000 nm).

[0035] A Figura 14 mostra um gráfico comparativo da difratometria de raios-X (intensidade relativa x 2-theta) em diferentes etapas do processo da produção de MFC.

[0036] A Figura 15 mostra parâmetros de controle operacional, distribuídos para cada etapa de produção da MFC em 3 gráficos, contendo: informações de pH, viscosidade e turbidez.

[0037] A Figura 16 mostra o parâmetro de controle operacional tempo de drenagem dinâmica por volume de polpa durante cada etapa da produção de MFC.

[0038] A Figura 17 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Scott Bond calculada em papel LTK 170 g/m2.

[0039] A Figura 18 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Ring Crush Test (RCT) calculada em papel LTK 170 g/m2.

[0040] A Figura 19 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Corrugating Medium Test (CMT) calculada em papel LTK 170 g/m2.

[0041] A Figura 20 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica índice de tração (IT) calculada em papel LTK 170 g/m2.

[0042] A Figura 21 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica alongamento, calculada em papel LTK 170 g/m2.

[0043] A Figura 22 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Tensile Energy Absorptíon (TEA) calculada em papel LTK 170 g/m2.

[0044] A Figura 23 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica Concora Medium Test (CMT) para aplicações de amido e MFC e por lote de produção, onde o objetivo é 300 N e o limite inferior é 270 N.

[0045] A Figura 24 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica Scott Bond para aplicações de amido e MFC e por lote de produção, onde o objetivo é 300 J/m2 e o limite inferior é 200 J/m2.

[0046] A Figura 25 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica Ring Crush Test (RCT) para aplicações de amido e MFC e por lote de produção, onde o objetivo é 2,10 kN/m e o limite inferior é 1,89 kN/m.

[0047] A Figura 26 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica de resistência ao estouro para aplicações de amido e MFC e por lote de produção.

[0048] A Figura 27 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica resistência à passagem de ar para aplicações de amido e MFC e por lote de produção.

[0049] A Figura 28 mostra um gráfico para a variação da gramatura do papel (g/m2) em rolos de papel com MFC aplicado (rolos 29 a 31).

[0050] A Figura 29 mostra um gráfico para a variação do trivácuo na mesa formadora para produção de rolos de papel com MFC aplicado (rolos 29 a 31).

[0051] A Figura 30 mostra um gráfico para a variação da umidade do papel (%) em rolos de papel com MFC aplicado (rolos 29 a 31).

[0052] A Figura 31 mostra um gráfico para a variação do consumo de vapor (Tv/Tp) para produção de rolos de papel com MFC aplicado (rolos 29 a 31);

[0053] A Figura 32 mostra uma esquematização da aplicação da nuvem de aspersão pelos aspersores/pulverizadores (2) de MFC entre as camadas de papel A e B ou em apenas uma camada A ou B, dependendo do ângulo de aplicação (1).

Descrição Detalhada da Invenção [0054] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito apenas de ilustrar algumas das inúmeras formas de realização da presente invenção e não devem ser entendidos de modo a limitar o escopo da presente invenção, mas sim apenas de exemplificar o grande número de modalidades possíveis.

[0055] Pequenas modificações em quantidades ou parâmetros que alcancem os resultados propostos pela presente invenção devem ser entendidos como dentro do escopo da invenção.

Celulose Microfibrilada (MFC) [0056] É sabido que celulose microfibrilada, mícrofíbrí-lated cellulose, celulose nanofibrilada, ou ainda nanofibras ou nanocelulose são termos comumente encontrados que se referem a emaranhado de fibrilas celulósicas com diâmetros ou uma de suas dimensões compreendidos na faixa inferior a 1000 nm e apresenta zonas amorfas e cristalinas compondo a sua estrutura. A MFC é caracterizada como um tipo de celulose em que as microfibras são divididas em um maior número de microfibrilas ou ainda fibrilas mais finas. Essa ação cria uma área de superfície aumentada, dando novas características ao produto. A MFC é usada no presente invento principalmente como agente de resistência a seco, para colagem interna do papel e como modificadora da estrutura física do papel.

[0057] A MFC é tipicamente proveniente de fontes de madeira, sendo uma das alternativas mais sustentáveis do mercado. Porém, pode ser produzida a partir de qualquer fonte de fibra celulósica seja ela mecânica, não branqueada e branqueada, além de qualquer fonte de biomassa oriunda da madeira e também não-madeira.

[0058] A área de superfície da MFC é a característica especial dessa substância: com apenas um grama de MFC é possível cobrir até 200 m2 de espaço físico. Essa característica se deve ao grande número de grupamentos hidroxila (-OH) disponíveis nas microfibras, altamente hidrofílicas e que captam água das proximidades. Uma microfibra de MFC é capaz de captar uma quantidade de água 40 vezes maior que seu próprio peso.

[0059] Sendo material altamente hidrofílico, a MFC pode atuar como um modificador de reologia avançado, proporcionando características de pulverização muito interessantes e uma viscosidade excepcionalmente alta em repouso. A MFC é conhecida pelo seu cisalhamento e comportamento não-newtoniano, e também mostra potencial como estabilizador, especialmente em emulsões estabilizadoras (água em óleo ou óleo em água).

[0060] Nas Figuras 5-7, é possível perceber que a MFC se apresenta como uma grande rede de ligações entre as camadas do papel, garantindo que a interface de ligação fibra-MFC-fibra entre as camadas do papel (Figura 1) expresse seu máximo potencial devido aos grupamentos OH expostos e sua elevada área superficial. A MFC passa a preencher tanto a macro como a microporosidade do papel produzido, alterando a estrutura de ligação entre camadas e formando uma ligação perfeita.

[0061] A multifuncionalidade da MFC também permite que ela adote parcialmente aditivos e ingredientes estabilizadores, como surfactantes. Além disso, a MFC mostra potencial como aditivo de resistência. Devido a estas funcionalidades, tem havido um interesse crescente no uso do MFC em aplicações como revestimentos, adesivos, eletrônicos, cosméticos e muitos outros.

[0062] O tamanho da microfibra de MFC também possui importância na determinação de sua funcionalidade. O aumento da rede de ligação da microfibra tem efeitos benéficos na tração, elasticidade e resistência dos compósitos em madeira e papel.

Produção de MFC

[0063] De acordo com a presente invenção, a produção de MFC pode ser subdividida em 5 etapas principais: 1. 1a diluição; 2. tratamento; 3. processamento; 4. 2a diluição; e 5. estocagem.

[0064] As Figuras 15 e 16 mostram parâmetros que devem ser monitorados em todo o processo produtivo de MFC, como pH, viscosidade, turbidez e o tempo de drenagem da polpa.

[0065] A primeira etapa consiste na diluição da polpa kraft branqueada ou não branqueada para 2% a 30% da consistência, sendo quanto mais baixa mais ideal para o processamento da MFC.

[0066] A segunda etapa é o tratamento químico- enzimático. Nesta etapa ocorre a preparação da polpa para o processamento. Primeiramente, ocorre o ajuste do pH para 6,0 com o uso de sulfato de alumínio (Al2(SO4)3). A polpa em meio neutro é aquecida a 35-40°C por 50-60 minutos e, em seguida, tratada com a enzima do tipo endoglucanase na proporção de 125g de enzima por tonelada de polpa seca. O produto é mantido em dispersão durante 25 minutos em agitador tipo cowles. Após este período, é realizado o corte da ação enzimática através do ajuste de pH para 13-14, com soda líquida (hidróxido de sódio, NaOH) na dosagem de aproximadamente 200g por tonelada de polpa.

[0067] A terceira etapa é a etapa de processamento, onde a polpa é transferida para um moinho mecânico vertical através de uma bomba, e processada. O moinho compreende pedra de óxido de alumínio (Al2O3) a 2% cSt (Consistência). O processo é feito duas vezes e é importante salientar que, após a 1a moagem, ainda é possível a visualização de fibras inteiras, enquanto na segunda moagem não, evidenciando a escala de tamanho micro/nano das fibras. Os tamanhos das microfibras produzidas após essa etapa podem ser conferidos na Tabela 1, enquanto a Tabela 2 mostra os diferentes parâmetros de caracterização das fibras para cst a 2%.

Tabela 1 - Faixa de diâmetro e frequência da polpa e das microfibrilas celulósicas por etapa de produção: Tabela 2 - Parâmetros de caracterização da polpa e das microfibras a cSt a 2%: [0068] A quarta etapa é a etapa de diluição da polpa tratada e moida em tanque para consistência de 0,1 a 1,0% cSt, preferencialmente 0,8% cSt, com entrada e saida da polpa no filtro via aberturas e agitação de até 60 min em reservatórios com lâminas não cortantes movidas à motor, a fim de garantir a formação de uma suspensão homogênea de MFC sem a formação de flocos e evitar sedimentação. A formação de flocos ou pequenos grumos de MFC podem causar potenciais problemas de entupimento dos chuveiros/bicos de aspersão/pulverização. A polpa é posteriormente filtrada em filtro com abertura de 0,05 mm. A diferença da sedimentação das fibras de MFC em cada etapa da produção - evidenciando a redução do tamanho das fibras - pode ser vista na Figura 9.

[0069] A quinta e última etapa é a etapa de estocagem onde, após a agitação, há a formação de uma suspensão homogênea de MFC que pode ser transportada ou bombeada pelas linhas/tubulações ou caminhões tanque até o tanque de estocagem que abastece a linha de aplicação dos bicos aspersores/pulverizadores.

[0070] O cálculo do consumo energético teórico da produção de MFC pode ser calculado através da seguinte fórmula: [0071] Onde v é a voltagem (V), i é a corrente média (A), fp é o fator de potência de um motor em cavalos (cv) e P é a produção/hora (kg seco). É estimado o gasto energético total de 7075,6 Kw.h/t.

Caracterização das fibras de MFC utilizadas entre as camadas de papel [0072] Na presente invenção, a MFC contendo uma mistura de microfibras com diferentes tamanhos foi avaliada com vistas a substituição total do amido cru, melhorando a colagem entre camadas do papel mesmo em condições úmidas e aumentando a resistência do produto formado.

[0073] A aplicação de dois tipos de MFCs - contendo tanto fibras longas como curtas - apresentou ganhos para diversas propriedades físicas e mecânicas quando comparadas com a aplicação de amido entre as camadas do papel e sem aplicação de outros polímeros ligantes. Dessa forma, a substituição do amido por MFC apresenta grande potencial de aplicação industrial.

[0074] As Figuras 2 a 7 mostram imagens da polpa celulósica e das microfibras de celulose por microscopia ótica e eletrônica, evidenciando a distribuição do tamanho das fibras em micrômetros e nanômetros.

[0075] As Figuras 10 a 13 mostram imagens de microfibras de celulose por microscopia/micrografia eletrônica, contendo aglomerados de microfibras celulósicas com diâmetro inferior a 100 nm e comprimentos na faixa do micrômetro. Na Figura 12, com amostras de fibra curta, o diâmetro médio ficou em torno de 17,00 nm, enquanto na Figura 13, contendo MFC de fibra longa, o diâmetro médio foi superior aos da amostra com fibras curtas, variando de 19,00 a 57,00 nm e valor médio de 33,48 nm.

[0076] Quanto à carga superficial das MFC utilizadas, evidenciada na Figura 8, os valores de potencial zeta obtidos foram de -15,77 e -29,85, respectivamente para as amostras de MFC de fibra curta e MFC de fibra longa. O potencial zeta representa a carga de superfície das partículas. Valores maiores resultam em suspensões mais estáveis enquanto valores considerados baixos indicam que partículas tendem a se aglomerar muito facilmente. Para valores em módulo maiores que 25 mV pode se considerar que a suspensão seja estável, ou seja, sem tendência a flocular.

Testes físicos e mecânicos para papéis contendo MFC entre suas camadas [0077] Atualmente, o processo de produção de papéis cartão e corrugado utiliza amido como um agente de ligação entre camadas, o que permite atingir as especificações definidas para esses papéis.

[0078] Um dos objetivos da presente invenção é realizar a aplicação de MFC entre as camadas dos papéis cartões e corrugados em substituição ao amido.

[0079] Dessa forma, a aplicação de MFC entre as camadas de papel cartão e corrugado apresentou ganhos para diversas propriedades físicas e mecânicas como Scott Bond, CMT e RCT, quando comparadas com a aplicação de amido.

[0080] O teste Scott Bond é utilizado para determinar a resistência interna do papel. Esse teste mede a energia necessária para delaminar uma estrutura de camadas múltiplas. No caso do papel, a força de ligação interna refere-se à força da ligação destas camadas fibrosas, enquanto o Scott Bond refere-se à força total absorvida necessária para separar essas camadas. Os resultados são citados em J/m2.

[0081] O CMT, ou Corrugating Medium Test, mede a resistência à compressão de um meio ondulado e fornece um meio de estimar a resistência potencial à compressão de um papel ondulado até o estado plano. O CMT permite a avaliação de um meio ondulado antes do mesmo ser fabricado em um artigo combinado - como das microfibras celulósicas antes da fabricação do papel - e pode, por consideração, servir como base para o julgamento da eficiência de fabricação.

[0082] O RCT, ou Ring Crush Test, de forma similar ao CMT, é usado para determinar a resistência à compressão de uma tira de papel formada em formato de anel com um comprimento e largura padronizados. Os resultados deste teste são altamente dependentes da preparação apropriada da amostra. A amostra e o aparelho do teste devem ser exatamente paralelos, de forma a garantir uma determinação precisa da força de compressão do anel.

[0083] Outros testes das propriedades físicas e mecânicas, como resistência à tração (força necessária até o rompimento do papel), elongação ou alongamento (outra medida da força necessária até o rompimento do papel), Tensile Energy Absorption (TEA) (força necessária para continuar um rompimento do papel até separação total) e resistência à passagem de ar foram realizados e também mostraram ganhos. Vale ressaltar que alguns testes são medidos como índices, o que se configura como o quociente da resistência analisada pela gramatura do papel.

[0084] A viscosidade pode ser usada para avaliar indiretamente o grau de polimerização das cadeias de celulose e detectar degradação da celulose resultante dos processos de polpação, deslignificação e desfibrilação mecânica. Os valores médios da viscosidade da MFC encontrados para os tratamentos das amostras de fibra curta e fibra longa foram de 2,90 e 9,37 mPa.s, respectivamente. A aplicação de MFC às camadas a 0,8% cSt demonstrou viscosidade de 409 cP (centipoise) e pH de 7,1.

[0085] As Figuras 17 a 22 mostram os resultados obtidos após avaliação das propriedades do papel corrugado com gramatura a 170 g/m2 e não apenas com a adição de microfibras celulósicas, o que permite comparação com o cenário base.

Como a quantidade de MFC utilizada entre as camadas de papel varia de 0,5 a 1,5 g/m2, nota-se, somente para fins de comparação, que a colagem entre camadas aqui está sendo avaliada na ausência de ligantes (Branco), com amido entre camadas (1,5 g/m2), com MFC de fibra longa (azul escuro, que apresentou melhores resultados a 0,5; 1 e 1,5 g/m2) e também MFC de fibra curta (rosa, a 0,5; 1 e 1,5 g/m2).

[0086] O Scott Bond mediu a resistência ao cisalhamento entre as camadas do papel, nesse caso com amido e MFCs (Figura 17). É possível observar ganhos superiores a 60 pontos para essa propriedade quando comparada ao papel sem adição de ligantes entre camadas (Branco), chegando a 80 pontos para a menor carga de MFC aplicada (0,5 g/m2) quando comparado ao branco. Vale destacar que foram observados valores próximos para essa propriedade para os dois tipos de MFC aplicadas.

[0087] Já para o RCT e o CMT, verifica-se que a adição de ligantes entre as camadas do papel proporciona aumento nos valores dessas propriedades (Figuras 18 e 19). Houve manutenção dos valores do RCT para as cargas de 0,5 e 1,0 g/m2 de MFC em relação a aplicação de 1,5 g/m2 de amido (Figura 18), enquanto ganhos substanciais para o CMT ocorrem com todas as cargas de MFC aplicadas, seja proveniente de microfibra curta ou longa, com seus valores acima dos encontrados para aplicação de amido a 1,5 g/m2 (Figura 19).

[0088] A propriedade de índice a tração (Figura 20) apresentou manutenção dos valores encontrados para as aplicações de MFC e amido. A MFC proporcionou ganhos de resistência a tração apenas quando comparado ao branco. Sabe- se que devido à grande disponibilidade de terminais ligantes (-OH), a MFC é capaz de formar redes de ligação entre as microfibras e fibras presentes no meio, assim proporcionando ganhos em diversas propriedades do papel.

[0089] Para a propriedade alongamento (Figura 21) houve aumento dos valores encontrados para as aplicações de MFC de fibra longa e redução para as aplicações de fibra curta em relação ao amido, evidenciando que as fibras longas possuem maior elasticidade que as fibras de menor diâmetro. Contudo, quando em comparação com o Branco, todos os valores encontrados são inferiores. Isso mostra que a adesão proporcionada por um aditivo adesivo - seja amido ou MFC - é forte o suficiente para favorecer a ruptura em detrimento do alongamento.

[0090] De forma a corroborar esse entendimento, a propriedade TEA (Figura 22), que mede a força necessária para a ruptura do papel, apresentou resultados iguais ao branco para as fibras curtas de MFC, mas valores superiores tanto para as fibras longa quanto para o amido.

[0091] As Figuras 23 a 27 mostram a média dos resultados obtidos nos testes das propriedades físicas e mecânicas, testes estes realizados com lotes de papéis produzidos contendo MFC entre suas camadas. São indicados períodos com aplicação de amido (barras em azul escuro) e períodos com aplicação de MFC (azul claro) substituindo todo o amido. Os resultados dos testes foram satisfatórios e atendem as especificações, até mesmo superando nos casos da aplicação da carga máxima de MFC entre camadas (0,7 g/m2).

[0092] Logo, é possível observar notáveis ganhos em todas as propriedades físicas e mecânicas com a adição de MFC.

Testes industriais para papéis contendo MFC entre suas camadas [0093] Para avaliação do efeito da aplicação de MFC em escala industrial, definiu-se aplicação de diferentes produtos em diferentes lotes. Sabe-se que a aplicação de amido em todos os papéis corrugados pode variar, e no teste de 2,94 g/m2 a 3,58 g/m2 de amido aplicado entre as camadas. Assim, foi realizada a aplicação de amido denominado pré- teste em rolos jumbo de número final 21 a 28. Logo após, foi iniciada a produção de rolos com aplicação de MFC nos rolos 29 a 31. Para finalização do teste, a condição de aplicação de amido voltou ao normal e mais alguns rolos jumbo com amido foram produzidos, produzindo os rolos 32 a 35, como mostrado na Tabela 3.

Tabela 3 - Bobinas produzidas durante o teste de aplicação de MFC entre camadas no papel corrugado com gramatura de 170 g/m2: [0094] O teste com aplicação industrial de MFC teve a duração de 1h e 40 minutos. A aplicação de MFC durante o teste chegou a uma concentração de 0,7 g/m2, o que permite uma redução de 5 vezes a carga de amido aplicada, considerando o valor de 3,58 g/m2. É importante ressaltar que o fluxo de MFC foi crescente a fim de atingir as diferentes concentrações de MFC até 0,7 g/m2, como mostrado na Tabela 4.

Tabela 4 - Dados médios do processo durante a produção do papel corrugado com gramatura de 17 0 g/m2 e MFC entre camadas: [0095] As Figuras 28 a 31 mostram testes de propriedades úteis na produção de escala industrial, como gramatura (Figura 28), vácuo no trivac (parte integrante da máquina de produção de papel) (Figura 29), umidade do papel (Figura 30) e o consumo de vapor (Figura 31).

[0096] A gramatura do papel produzido não apresentou grande variação; no entanto, à medida que a concentração de MFC dosada chegou em 0,7 g/m2 (Rolos 30 e 31), notou-se uma pequena tendência de aumento seguida por estabilização. O consumo de vapor/tonelada de papel não apresentou grande variação. É importante ressaltar que, à medida que a dosagem de MFC aumentou, chegando ao máximo aplicado entre camadas (0,7 g/m2), os valores de umidade e pressão de vácuo também apresentaram uma taxa de crescimento. Dessa forma, é possível prever o comportamento do papel com as dosagens de MFC aplicadas durante o teste.

[0097] Os resultados desse conjunto de testes físicos foram satisfatórios e atendem as especificações, até mesmo superando nos casos da aplicação da carga máxima de MFC entre camadas (0,7 g/m2) para os rolos 30 e 31. Deve-se notar que alguns valores de testes para o rolo 29 apresentam-se mais baixos, pois nessa produção ocorreu a mudança entre amido e MFC entre camadas, onde, além desse ponto, a dosagem de MFC começa a subir até atingir os valores esperados para testes físicos e mecânicos.

[0098] É importante ressaltar que apesar de as características físicas, químicas e estruturais apresentadas no item referente a caracterizações da MFCs sugerirem um destaque para a MFC de fibra longa, é possível afirmar que, no desempenho do produto final, ambas MFCs (fibra longa ou curta) mostraram-se eficientes e, para a aplicação realizada, não foi notada diferença significativa. No entanto devem-se priorizar as características físicas, químicas e estruturais que apresentam melhor qualidade de MFC para aplicação em maior escala, não impedindo ou anulando de qualquer forma o uso de outras matérias-primas geradoras de MFC na presente invenção.

[0099] Sendo assim, a aplicação de MFC proporcionou a substituição de 100% do amido entre camadas sem causar problemas de qualidade para o papel produzido nas bobinas durante o período de teste. Dessa forma, a aplicação da MFC proporciona a definição de um novo biopolímero, com potencial de substituição de outros aditivos no papel e não apenas amido.

Exemplos [0100] O exemplo abaixo tem como objetivo relatar o processo de aplicação de MFC entre as camadas de papel bem como os resultados dos testes mecânicos e físicos feitos antes e durante o processo de aplicação.

Exemplo 1 [0101] Para produção da MFC é utilizada polpa kraft de fibra longa ou curta, branqueada ou não, que é diluída para 2% e tratada utilizando-se agentes químicos Al2(SO4)3 e NaOH até pH 6,0, com posterior aquecimento com temperatura entre 35-40°C por 50-60 minutos. Posteriormente ocorre o tratamento com 125 g/tonelada de polpa seca da enzima da família das endoglucanases, em agitador tipo cowles, por 25 minutos, onde a ação enzimática é cortada através da elevação do pH até 13-14 com NaOH na dosagem de aproximadamente 200g por tonelada de polpa. A polpa tratada é passada em um primeiro moinho vertical contendo pedra de óxido de alumínio convencional sem ranhuras e em seguida por um segundo moinho por 7 horas, onde é diluída mais uma vez para a consistência de 0,8%, agitada por 60 minutos por meio de lâminas não cortantes, filtrada em filtro de 0,05 mm e estocada para abastecer a linha de aplicação dos bicos aspersores/pulverizadores.

Exemplo 2 [0102] Para a aplicação de MFC entre camadas de papel em laboratório, de forma a realizar os testes das características físicas e mecânicas, foi utilizado um spray. Utilizou-se uma pistola a ar com pulverização uniforme para formação da nuvem de aplicação e spray sobre a superfície do papel. A pistola a ar possui um recipiente onde a suspensão preparada de MFC é armazenada, e ao ser pressurizada por um gatilho mecânico essa suspensão é borrifada através de uma agulha de aplicação que possui abertura entre 0,5 e 10 mm.

Ao passar por essa abertura a suspensão é pulverizada sobre a superfície do papel. A camada pulverizada sobre a superfície do papel é utilizada para colagem de mais uma camada de papel sobre o conjunto suspensão pulverizada e papel/superfície base. Em conjunto as duas camadas de papel que podem ter composições fibrosas variadas são coladas pela suspensão de MFC que foi pulverizada entre as camadas. A MFC é geralmente pulverizada em consistências de 0,1 a 2% de consistência.

Exemplo 3 [0103] Para aplicação industrial, durante cerca de 2 horas na máquina de papel industrial MP14, e de acordo com a carga de aplicação definida, foi possível reduzir em aproximadamente 5 vezes a carga de amido aplicada para a colagem entre camadas do papel. Tal como em laboratório, a suspensão de MFC foi preparada a uma consistência conhecida e armazenada em um tanque com bomba acoplada e ligada direto a linha de aspersores/pulverizadores aplicadores de amido do tipo leque e cone entre camadas do papel na máquina de papel MP14. A suspensão foi bombeada em uma vazão de 0 a 200 L/min do tanque até a linha dos aplicadores, em que foi aplicada na forma de spray entre as camadas do papel, criando uma nuvem de aspersão, direcionada entre as camadas de papel ou somente para uma das camadas, a depender do ângulo de aplicação que vai de 0 a 180° (Figura 32) . Ao aplicar a suspensão de MFC na vazão máxima foi possível substituir 100% do amido entre camadas antes utilizado para a mesma finalidade.

REIVINDICAÇÕES

Claims (7)

1. Papel multilaminar contendo fibras celulósicas caracterizado pelo fato de compreender entre 0,5 a 1,5 g/m2 de fibras de celulose microfibrilada entre suas camadas.

2. Papel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de possuir gramatura final na faixa de 60 a 440 g/m2.

3. Papel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das fibras de celulose microfibrilada conterem diâmetro médio inferior a 250 nanômetros.

4. Papel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser do tipo cartão ou corrugado.

5. Processo de produção de papel caracterizado pelo fato de compreender a adição de 0,5 a 1,5 g/m2 de fibras de celulose microfibrilada entre as camadas de um papel multilaminar.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela adição de celulose microfibrilada entre as camadas do papel ser capaz de substituir até 100% do amido empregado.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela aplicação das fibras de celulose microfibrilada entre as camadas do papel ser realizada a uma vazão de 0 até 200 L/min.