BR102018075755A2

BR102018075755A2 - Composição de fibras, uso da referida composição e artigo que a compreende

Info

Publication number: BR102018075755A2
Application number: BR102018075755-5A
Authority: BR
Inventors: Elenice Pereira Maia; Fábio Carucci Figliolino; Fábio Carucci Figliolino.
Original assignee: Suzano Papel E Celulose S.A.
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-23
Also published as: AR123746A1; EP3896220A1; UY38500A; CN113677850A; US11879213B2; CN113677850B; EP3896220A4; US20220380980A1; WO2020118400A1; CL2021001504A1; CA3122424A1

Abstract

A presente invenção se refere a uma composição de fibras de alta resistência compreendendo fibras com comprimento igual ou menor do que 7 mm e uma viscosidade entre 10 e 20 cP. As fibras presentes na referida composição são distribuídas de acordo com o seu comprimento, garantindo assim a sua elevada resistência. A composição de fibras da invenção pode ainda ser redispersível.
Também são revelados o uso da composição de fibras da invenção e um artigo compreendendo a mesma.

Description

COMPOSIÇÃO DE FIBRAS, USO DA REFERIDA COMPOSIÇÃO E ARTIGO QUE A COMPREENDE

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a uma composição de fibras de alta resistência compreendendo fibras com comprimento igual ou menor do que 7 mm e uma viscosidade entre 10 e 20 cP. As fibras presentes na referida composição são distribuídas de acordo com o seu comprimento, garantindo assim a sua elevada resistência. A composição de fibras da invenção pode ainda ser redispersível.

[002] Também são revelados o uso da composição de fibras da invenção e um artigo compreendendo a mesma.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Aditivos funcionais e de processo são comumente usados na indústria de papel e tecidos para melhorar a retenção de material, resistência da folha, hidrofobicidade, entre outras funcionalidades. Usualmente são empregados como aditivos os polímeros sintéticos solúveis em água ou emulsivos, as resinas derivadas de petróleo ou produtos naturais modificados, e os derivados de celulose obtidos pela dissolução da polpa de celulose.

[004] Por outro lado, materiais que utilizam fibras naturais recicláveis têm recebido atenção recentemente devido à crescente conscientização ambiental em substituição aos recursos petrolíferos, conforme descrito no documento US 2015/0225550. De acordo com o referido documento, dentre as fibras naturais, uma fibra de celulose tendo um diâmetro de fibras de 10 a 50 μm, particularmente, uma fibra de celulose derivada de madeira (polpa), tem sido amplamente utilizada para esse propósito, principalmente como um produto de papel.

[005] Diante do contexto ambiental e técnico apresentado, busca-se produtos de fibras naturais que apresentem, dentre outras vantagens, uma alta resistência, redispersibilidade e tamanho de fibras tal que permita a ligação facilitada entre as fibras.

[006] Existem documentos no estado da técnica que revelam composições contendo fibras naturais. Os documentos do estado da técnica US 9,856,607, WO 2013/183007, US 2015/0225550 e BR 11 2015 003819 0, por exemplo, revelam composições de fibras de celulose (fibras naturais) com distintas propriedades físico químicas e aplicações. Contudo, os processos de refinação convencionais para o refino das fibras das composições de fibras de celulose são realizados com baixos níveis de energia, conforme descrito no documento BR 11 2015 003819 0. O uso de baixos níveis de energia não garante a distribuição adequada dos tamanhos das fibras de forma a conferir elevada resistência à composição.

[007] A presente invenção se diferencia de todos os documentos citados, principalmente, pela distribuição por comprimento das fibras. O comprimento e a distribuição das fibras presentes na composição de fibras da invenção permitem que ocorra uma interação entre as fibras, promovendo melhor entrelaçamento e maior força de ligação, o que afeta o comportamento e as propriedades mecânicas da composição. Ademais, a faixa de viscosidade da presente invenção e o fato de ser redispersível permitem uma melhor disponibilidade das fibras para realizarem suas ligações, promovendo, assim, melhores propriedades mecânicas.

[008] Por apresentar estas características, a presente invenção, quando adicionada à folha de papel, por exemplo, promove maior resistência úmida ou seca, mesmo que aplicada em pequenas quantidades. Dessa forma, é aqui descrita uma solução distinta das já existentes na arte para uma composição de fibras com elevada resistência.

[009] Além disso, o refino das fibras das composições de fibras de celulose da invenção é realizado com alto nível de energia. Isso garante a distribuição adequada dos tamanhos das fibras, o que favorece a interação entre as fibras e melhore suas propriedades físico-mecânicas.

[010] Há ainda na arte uma necessidade por composições que, além de apresentarem alta resistência, também apresentem uma viscosidade que permita a boa redispersibilidade da composição. Como exposto, a redispersibilidade permite que as fibras estejam mais disponíveis para fazer o alto número de ligações, resultando em alta resistência.

[011] Portanto, o problema técnico que a presente invenção soluciona é a dificuldade de se manter a resistência da folha úmida durante o processo e depois de seca, e formar ligações e entrelaçamentos fortes entre as fibras com esse fim. Sendo assim, com a distribuição de tamanho de fibras da composição de fibras da invenção, há o ganho de resistência da folha (úmida e seca), pois o arranjo e distribuição das fibras favorece o entrelaçamento e ligações fortes.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[012] É descrita aqui uma composição de fibras compreendendo fibras com comprimento igual ou menor do que 7 mm e uma viscosidade entre 10 e 20 cP.

[013] A composição de fibras da invenção compreende a seguinte distribuição por comprimento das fibras, com base em peso seco:

i. 0 a 0,2 mm: 1,7 a 33,7 %, preferencialmente 16,5%;
ii. 0,2 a 0,5 mm: 12,0 a 44,0 %, preferencialmente 29%;
iii. 0,5 a 1,2 mm: 22,0 a 83,0 %, preferencialmente 52%;
iv. 1,2 a 2,0 mm: 0,10 a 3,8 %, preferencialmente 1,6%;
v. 2,0 a 3,2 mm: 0,06 a 0,10 %; e
vi. 3,2 a 7,0 mm: 0,03 a 0,30%, preferencialmente 0,13%.

[014] Em um aspecto da invenção, as fibras da composição são fibras naturais.

[015] Em algumas formas de realização da invenção, as fibras naturais são selecionadas a partir de fibras de celulose, derivados de fibras de celulose, derivados de madeira ou misturas dos mesmos. Em uma modalidade preferida, as fibras naturais são fibras de celulose.

[016] As fibras naturais da composição podem ser fibras naturais virgens, recicladas ou secundárias.

[017] Em um aspecto da invenção, as fibras naturais da composição são obtidas por processo kraft. Em uma modalidade preferida da invenção, as fibras naturais são fibras de celulose kraft.

[018] As fibras naturais da composição podem ser branqueadas, semi- branqueadas ou não branqueadas; podem compreender lignina e/ou hemicelulose; e podem ser longas ou curtas.

[019] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras apresenta teor seco na faixa entre 3 e 70%. Em uma modalidade preferida, a composição de fibras apresenta teor seco na faixa entre 20 e 50%.

[020] Em um aspecto da invenção, a composição de fibras é redispersível.

[021] A composição de fibras da invenção compreende de 10.000 a 25 milhões de fibras/g da composição.

[022] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem largura de fibras de entre 10 e 25 μm.

[023] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem grau de polimerização de entre 1.000 e 2.000 unidades.

[024] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem índice de tração de entre 70 e 100 Nm/g; alongamento de entre 2 e 5%; Scott Bond de entre 180 e 300 ft.lb/in²; e índice de estouro de entre 4 e 9 KPam²/g.

[025] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem corpo de entre 1 e 2 cm³/g; rigidez Taber de entre 0,3 e 5%; e espessura de parede de entre 3 e 6 μm.

[026] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem opacidade de entre 30 e 80%.

[027] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem teor de finos de entre 10 e 90% e fibrilação de entre 5 e 20%.

[028] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem Viscosidade Brookfield a 1% de entre 92 e 326 cP.

[029] Em um aspecto da invenção, a composição de fibras, quando redispersada, apresenta pelo menos 70% do valor inicial da Viscosidade Brookfield a 1%.

[030] Em um aspecto da invenção, a composição de fibras é utilizada na fabricação de papel, fibrocimento, compósitos termoplásticos, tintas, vernizes, adesivos, filtros e painéis de madeira.

[031] Também é descrito aqui o uso da composição de fibras da invenção para fabricação de papel, fibrocimento, compósitos termoplásticos, tintas, vernizes, adesivos, filtros e painéis de madeira.

[032] É revelado ainda um artigo compreendendo a composição de fibras da invenção.

[033] Em uma modalidade da invenção, o artigo é um papel, um fibrocimento, um compósito termoplástico, uma tinta, um verniz, um adesivo, um filtro ou um painel de madeira. Em uma modalidade preferida da invenção, o artigo é um papel.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[034] A figura 01 representa um gráfico dos comprimentos, em mm, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[035] A figura 02 representa um gráfico das larguras das fibras, em μm, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[036] A figura 03 representa um gráfico dos teores de finos, em %, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[037] A figura 04 representa um gráfico do número de fibras por massa da composição, em milhões/grama, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[038] A figura 05 representa um gráfico da viscosidade, em cP, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[039] A figura 06 representa um gráfico da viscosidade Brookfield (1%), em cP, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[040] A figura 07 representa um gráfico do grau de polimerização, em unidades, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[041] A figura 08 representa um gráfico da tração, em Nm/g, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[042] A figura 09 representa um gráfico do alongamento, em %, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[043] A figura 10 representa um gráfico de Scott Bond, em ft.lb/in², das formulações do exemplo 1 da invenção.

[044] A figura 11 representa um gráfico do índice de estouro, em KPam²/g, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[045] A figura 12 representa um gráfico do corpo, em cm³/g, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[046] A figura 13 representa um gráfico da opacidade, em %, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[047] A figura 14 representa um gráfico da rigidez Taber, em %, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[048] A figura 15 representa um gráfico da resistência à passagem de ar (RPA), em seg/100 mL ar, das formulações do exemplo 1 da invenção.

[049] A figura 16 representa um gráfico da tração, em Nm/g, das formulações do exemplo 2 da invenção.

[050] A figura 17 representa um gráfico do alongamento, em %, das formulações do exemplo 2 da invenção.

[051] A figura 18 representa um gráfico de Scott Bond, em ft.lb/in², das formulações do exemplo 2 da invenção.

[052] A figura 19 representa um gráfico do índice de estouro, em KPam²/g, das formulações do exemplo 2 da invenção.

[053] A figura 20 representa um gráfico de oSR das formulações do exemplo 2 da invenção.

[054] A figura 21 representa um gráfico do corpo, em cm³/g, das formulações do exemplo 2 da invenção.

[055] A figura 22 representa um gráfico da resistência à passagem de ar, em seg/100 mL ar, das formulações do exemplo 2 da invenção.

[056] A figura 23 representa um gráfico da opacidade, em %, das formulações do exemplo 2 da invenção.

[057] A figura 24 representa um gráfico dos teores de finos, em %, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[058] A figura 25 representa um gráfico dos comprimentos das fibras, em mm, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[059] A figura 26 representa um gráfico das larguras das fibras, em μm, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[060] A figura 27 representa um gráfico do número de fibras por massa da composição, em milhões/grama, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[061] A figura 28 representa um gráfico do índice de tração, em Nm/g, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[062] A figura 29 representa um gráfico do alongamento, em %, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[063] A figura 30 representa um gráfico do índice de estouro, em KPam²/g, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[064] A figura 31 representa um gráfico de Scott Bond, em ft.lb/in², das formulações do exemplo 3 da invenção.

[065] A figura 32 representa um gráfico do corpo, em cm³/g, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[066] A figura 33 representa um gráfico da resistência à passagem de ar, em seg/100 mL ar, das formulações do exemplo 3 da invenção.

[067] A figura 34 representa um gráfico do corpo, em cm³/g, das formulações do exemplo 4 da invenção.

[068] A figura 35 representa um gráfico do índice de tração, em Nm/g, das formulações do exemplo 4 da invenção.

[069] A figura 36 representa um gráfico do índice de estouro, em KPam²/g, das formulações do exemplo 4 da invenção.

[070] A figura 37 representa um gráfico do índice de rasgo, em mNm²/g, das formulações do exemplo 4 da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[071] A presente invenção fornece uma composição de fibras que apresenta elevada resistência, boa processabilidade e redispersibilidade, para aplicação em papel, fibrocimento, compósitos termoplásticos, tintas, vernizes, adesivos, filtros e painéis de madeira.

[072] A invenção tem como base uma composição de fibras compreendendo fibras com comprimento igual ou menor do que 7 mm e uma viscosidade entre 10 e 20 cP.

[073] Em uma modalidade preferida da invenção, a composição de fibras tem uma viscosidade de 13 cP.

[074] O termo “comprimento”, como aqui utilizado, é definido como o maior eixo da fibra.

[075] O termo “viscosidade” se refere à propriedade que determina o grau de resistência do fluido à uma força cisalhante.

[076] A viscosidade absoluta (ou dinâmica) de um fluido é definido pela equação Newtoniana:
η = τ / ý
em que q é a viscosidade absoluta ou dinâmica, τ é a tensão cisalhante, e ý é o gradiente de velocidade dv/dz (v sendo a velocidade de um plano relativo ao outro e z a coordenada perpendicular aos dois planos).

[077] A viscosidade cinemática é definida como a relação entre a viscosidade absoluta e a massa específica do fluido, ambas mensuradas à mesma temperatura e pressão.

[078] A massa específica, por sua vez, é definida como a relação massa por volume.

[079] O termo “viscosidade” como utilizado na presente invenção se refere à viscosidade absoluta.

[080] A composição de fibras da presente invenção compreende a seguinte distribuição por comprimento das fibras, com base em peso seco:

[081] Essa distribuição por comprimento das fibras permite a interação entre as fibras, afetando o comportamento e propriedades mecânicas da composição que as compreende e garantindo sua elevada resistência. As fibras da invenção passam por um refino utilizando altos níveis de energia (na faixa de 700 a 1.200 kwh/t, preferencialmente 1.000 kwh/t) e chegam a um tamanho e distribuição por comprimento diferente daquele observado na arte. Isso faz com que a interação das fibras seja estabelecida por esses tamanhos e distribuição e, portanto, o comportamento de propriedades físico-químicas e mecânicas seja definido de acordo com estas interações.

[082] As fibras de celulose possuem muitos grupos hidroxila em sua estrutura, o que permite facilmente estabelecer ligações de pontes de hidrogênio. Quando microfibrilada ou nanofibrilada, esta capacidade de formação de ligações aumenta, devido aos tamanhos das fibras, entrelaçamento e superfícies de contato. Por isso é importante ter a distribuição de tamanho de fibras conforme definido na presente invenção. Essa distribuição de tamanho de fibras leva ao balanceamento de tamanho necessário para a promoção de melhor resistência da composição.

[083] Assim, as interações proporcionadas pela distribuição por comprimento das fibras da invenção resultam em composições com elevada resistência, a qual é propagada para o produto final aditivado com a referida composição.

[084] Em um aspecto da invenção, as fibras da composição são fibras naturais.

[085] Conforme utilizado aqui, o termo “fibra” significa um particulado alongado possuindo um comprimento aparente que excede consideravelmente a sua largura aparente.

[086] A expressão "fibras naturais", conforme descrita na presente invenção, se refere a fibras de celulose, derivados de fibras de celulose, derivados de madeira ou misturas dos mesmos.

[087] Em uma modalidade preferida, as fibras naturais são fibras de celulose.

[088] A celulose é o componente mais abundante da parede celular dos vegetais. A fórmula empírica do polímero da celulose é (C₆H₁₀O₅)n, onde n é o grau de polimerização. Este é um dos polímeros mais abundantes do planeta. A celulose é um polímero de cadeia longa e a sua unidade de repetição é denominada celobiose, a qual é constituída por dois anéis de anidroglucose unidos pela ligação glicosídica β -1,4.

[089] Conforme aqui utilizado, a expressão “fibras de celulose” significa fibras compostas por ou derivadas de celulose.

[090] Em uma modalidade preferida, as fibras naturais são fibras de celulose fibrilada.

[091] Em uma modalidade mais preferida, as fibras naturais são fibras de celulose microfibrilada (MFC).

[092] “Celulose microfibrilada (MFC)” ou “Microfibrila” é uma fibra ou uma partícula semelhante a haste de celulose mais estreita e menor do que uma fibra de polpa normalmente utilizada em aplicações papeleiras.

[093] As fibras naturais podem ser fibras naturais virgens, recicladas ou secundárias.

[094] Conforme utilizado na presente invenção, "fibras recicladas" são fibras não lisas que permitem o afastamento das fibras uma das outras, obtendo- se composições menos compactas e mais aeradas.

[095] Em um aspecto da invenção, as fibras naturais da composição são obtidas por processo kraft. Em uma modalidade preferida da invenção, as fibras naturais são fibras de celulose kraft.

[096] O "processo kraft" é o processo mais dominante na indústria de papel e celulose, no qual cavacos de madeira são tratados com um licor de cozimento (uma mistura de hidróxido de sódio e sulfeto de sódio) em uma faixa de temperatura de 150 -180 °C.

[097] As fibras naturais da composição podem ser branqueadas, semi- branqueadas ou não branqueadas; podem compreender lignina e/ou hemicelulose; e podem ser longas (acima de 2 mm) ou curtas (inferior a 2 mm).

[098] A lignina é um material polimérico fenólico formado a partir dos precursores fenólicos álcoois p-hidroxicinamílicos, tais como álcool p- coumarílico, álcool coniferílico e álcool sinapílico através de uma via metabólica. A lignina e seus derivados são produtos de origem renovável que compõem uma plataforma de química verde para substituição de matérias-primas de origem fóssil, entre outras aplicações de alto valor agregado em indústrias e segmentos diversos.

[099] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras apresenta teor seco na faixa entre 3 e 70%. Em uma modalidade preferida, a composição de fibras apresenta teor seco na faixa entre 20 e 50%.

[100] A expressão "teor seco", conforme descrita na presente invenção, se refere ao teor de sólido da composição.

[101] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem Viscosidade Brookfield a 1% de entre 92 e 326 cP.

[102] A expressão "Viscosidade Brookfield" se refere a uma medida de viscosidade realizada com um Viscosímetro Brookfield.

[103] Em um aspecto da invenção, a composição de fibras é redispersível. Quando redispersada, a composição apresenta pelo menos 70% do valor inicial da Viscosidade Brookfield a 1%.

[104] A composição de fibras da invenção compreende de 10.000 a 25 milhões de fibras por grama da composição.

[105] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem largura de fibras de entre 10 e 25 μm. Em uma modalidade preferida, a composição de fibras tem largura de fibras de entre 18 e 22 μm. Em uma modalidade mais preferida, a composição de fibras tem largura de fibras de 20 μm. Mesmo com o refino e menor tamanho da fibra, a largura da fibra não se altera significativamente.

[106] O termo “largura”, como aqui utilizado, é definido como o menor eixo da fibra.

[107] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem grau de polimerização de entre 1.000 e 2.000 unidades. Em uma modalidade preferida, a composição tem grau de polimerização de entre 1131 e 1710 unidades. Em uma modalidade mais preferida, a composição de fibras tem grau de polimerização de 1248 unidades.

[108] O grau de polimerização (DP) é medido pela equação:
DP = 1,75 x [η],
em que [η] é a viscosidade intrínseca e é calculada utilizando a equação a seguir:
[η] = ηsp / (c (1 + 0,28 x ηsp)),
em que ηsp é a viscosidade específica e c representa o teor de celulose no momento da medição da viscosidade.

[109] Uma vez que esse grau de polimerização também é o grau médio de polimerização medido de acordo com a viscosimetria, esse grau de polimerização é também chamado de "grau médio de viscosidade de polimerização".

[110] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem índice de tração de entre 70 e 100 Nm/g, preferencialmente de entre 70,8 e 94,6 Nm/g, mais preferencialmente de 93,1 Nm/g; alongamento de entre 2 e 5%, preferencialmente de entre 2,6 e 4,4 %, mais preferencialmente de 4,2%; Scott Bond de entre 180 e 300 ft.lb/in², preferencialmente de entre 198,5 e 248,0 ft.lb/in², mais preferencialmente 228 ft.lb/in²; e índice de estouro de entre 4 e 9 KPam²/g, preferencialmente de entre 4,7 e 7,5 KPam²/g, mais preferencialmente 7,5 KPam²/g.

[111] A expressão “índice de tração” é definida como o quociente entre a resistência à tração e a gramatura. A gramatura é a relação entre a massa e a área do papel.

[112] O termo “alongamento”, como aqui utilizado, significa o quanto a composição de fibras pode ser alongada, sem que haja seu rompimento.

[113] A expressão "Scott Bond" significa um tipo de teste físico mecânico que determina a resistência do material na direção Z.

[114] A expressão "índice de estouro" significa o quociente entre a resistência ao estouro, quando a folha é submetida a uma pressão específica, por gramatura.

[115] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem corpo de entre 1 e 2 cm³/g, preferencialmente de entre 1 a 1,5 cm³/g, mais preferencialmente de 1 cm³/g; rigidez Taber de entre 0,3 e 5%, preferencialmente de entre 0,4 a 1,1%, mais preferencialmente de 0,4%; e espessura de parede de entre 3 e 6 μm, preferencialmente de entre 3 e 4 μm, mais preferencialmente 3,5 μm.

[116] A expressão "corpo" é definida como a relação volume por massa. O corpo é uma grandeza inversa à massa específica.

[117] A expressão "rigidez Taber" significa a resistência a flexão de um material em um determinado ângulo. Na presente invenção foi usado o ângulo de 15°.

[118] A expressão "espessura de parede" representa a largura da parede.

[119] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras temopacidade de entre 30 e 80%, preferencialmente de entre 37,2 a 70,5 %, mais preferencialmente de 41,7 %.

[120] O termo “opacidade” significa a ausência de transparência e determina a quantidade de luz que pode passar através da folha e/ou produto.

[121] Em uma modalidade da invenção, a composição de fibras tem teor de finos de entre 10 e 90%, preferencialmente de entre 14 e 65%, mais preferencialmente de 60%, e fibrilação de entre 5 e 20%, preferencialmente de entre 6 e 12%, mais preferencialmente de 8,6%.

[122] O termo “fino” significa fibras e fragmentos de fibras muito pequenos, por exemplo, inferiores a 2 mm de comprimento.

[123] A “fibrilação” é promovida pela refinação da fibra, podendo ser interna ou externa.

[124] A fibrilação interna é o inchamento da fibra causado pela penetração de água no interior das fibras de celulose, durante o processo de refinação, promovendo o inchamento das fibras, em razão do alojamento de moléculas de água entre as fibrilas. A fibrilação interna torna as fibras mais flexíveis.

[125] A fibrilação externa, por sua vez, é a exposição das fibrilas ou unidades fibrilares, durante a operação de refinação da massa, aumentando a superfície específica das fibras para o desenvolvimento de ligações interfibrilares, durante a formação da folha de papel.

[126] A composição de fibras da invenção pode ser, alternativamente, aditivada com celulose não refinada.

[127] A composição de fibras da presente invenção é utilizada na fabricação de papel, fibrocimento, compósitos termoplásticos, tintas, vernizes, adesivos, filtros e painéis de madeira.

[128] A invenção também tem como base o uso da composição de fibras para fabricação de papel, fibrocimento, compósitos termoplásticos, tintas, vernizes, adesivos, filtros e painéis de madeira.

[129] Conforme utilizado aqui, o termo “termoplástico” significa um plástico com a capacidade de amolecer e fluir quando sujeito a um aumento de temperatura e pressão, tornando-se uma peça com formas definidas após resfriamento e solidificação. Novas aplicações de temperatura e pressão promovem o mesmo efeito de amolecimento e fluxo e novos resfriamentos solidificam o plástico em formas definidas. Desta maneira, os termoplásticos têm a capacidade de sofrer transformações físicas de forma reversível, podendo passar por este processo mais de uma vez, mantendo as mesmas características.

[130] Adicionalmente, a invenção tem como base um artigo compreendendo a composição de fibras da invenção.

[131] Em uma modalidade da invenção, o artigo é um papel, um fibrocimento, um compósito termoplástico, uma tinta, um verniz, um adesivo, um filtro ou um painel de madeira.

[132] Em uma modalidade preferida da invenção, o artigo é um papel.

[133] O uso da composição da presente invenção promove um ganho significativo de resistência em função do tamanho pequeno de fibras e da distribuição por comprimentos das mesmas, e consequente aumento do número de ligações entre elas. Como explicado acima, as fibras de celulose possuem muitos grupos hidroxila em sua estrutura, o que permite facilmente estabelecer ligações de pontes de hidrogênio. Quando microfibrilada ou nanofibrilada, esta capacidade de formação de ligações aumenta, devido aos tamanhos das fibras, entrelace e superfícies de contato. Por isso, é importante ter a distribuição de tamanho de fibras conforme definido na presente invenção. Tal distribuição de tamanho de fibras resulta no balanceamento de tamanho necessário para a promoção de melhor resistência da folha.

[134] Outras vantagens da composição de fibras da presente invenção são que a mesma apresenta boa processabilidade e promove boa redispersibilidade, devido ao seu valor de viscosidade combinado com a distribuição dos comprimentos das fibras.

EXEMPLOS

[135] Os exemplos aqui apresentados são não-exaustivos, servem apenas para ilustrar a invenção e não devem ser usados como base para limitá-la.

Exemplo 1

[136] Este estudo avalia as propriedades morfológicas, físicas e mecânicas da composição de fibras da invenção compreendendo fibras de celulose microfibrilada (MFC), aditivadas ou não com celulose kraft.

[137] A formulação C0 representa a composição de fibras de MFC da invenção, sem aditivação com celulose kraft de eucalipto branqueada.

[138] As formulações C5, C10, C20, C35, C50 e C75 representam composições de fibras de MFC de acordo com a invenção, aditivadas com, respectiva mente, 5%, 10%, 20%, 35%, 50% e 75% de celulose kraft de eucalipto branqueada.

[139] A formulação C100 representa uma formulação com 100% de celulose.

[140] As propriedades morfológicas das formulações são mostradas na Tabela 1.
Tabela 1

[141] Os resultados obtidos estão apresentados nos gráficos das figuras 01, 02, 03 e 04.

[142] Os valores das viscosidades e grau de polimerização (GP) das formulações são mostrados na Tabela 2.
Tabela 2

[143] Os resultados obtidos estão apresentados nos gráficos das figuras 05, 06 e 07.

[144] As propriedades físico-mecânicas das formulações são mostradas nas Tabelas 3 e 4.
Tabela 3

Tabela 4

[145] Os resultados apresentados nas tabelas 3 e 4 estão representados nos gráficos das figuras 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14 e 15.

[146] Os resultados obtidos mostram que com até 50% de aditivação, não há perda das propriedades de resistência mecânica ou físico-mecânicas em relação à C0, exceto para as propriedades de alongamento e índice de estouro, com significativo ganho de opacidade.

Exemplo 2

[147] Este segundo estudo avalia as propriedades físico-mecânicas de folhas de papel (artigo - produto final), nas quais a composição de fibras da invenção foi aplicada. Foram analisadas folhas de papel com adição de 5% da composição de fibras de MFC da invenção, aditivada ou não com celulose. As folhas de papel tratadas com a composição de fibras de MFC da invenção foram comparadas com folhas de papel nas quais adicionou-se apenas celulose.

[148] A formulação CO representa a composição de fibras de MFC da invenção, sem aditivação com celulose kraft de eucalipto branqueada.

[149] As formulações C5, C10, C20, C35, C50 e C75 representam composições de fibras de MFC de acordo com a invenção, aditivadas com, respectiva mente, 5%, 10%, 20%, 35%, 50% e 75% de celulose kraft de eucalipto branqueada.

[150] A formulação C100 representa uma formulação com 100% de celulose.

[151] As propriedades físico-mecânicas das folhas de papel, nas quais a composição de fibras da invenção e apenas celulose foram aplicadas, encontram-se nas Tabelas 5 e 6.
Tabela 5

Tabela 6

*oSR, também chamado de grau de moagem, grau de desaguamento ou grau de refino, é a medida de esgotamento de uma folha ao ser formada em um aparelho específico chamado Schopper-Riegler.

[152] Os resultados obtidos no presente estudo estão apresentados nos gráficos das figuras 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22 e 23.

[153] Os resultados obtidos mostram que quando aplicada no papel, a adição da composição da invenção gera um ganho médio de tração de quase 50% em relação à celulose pura; e 100% de ganho no índice de estouro.

Exemplo 3

[154] É aqui apresentado um estudo que demonstra o efeito da redispersão da composição de fibras da invenção.

[155] As formulações testadas representam composições de fibras de MFC sem aditivação com celulose kraft de eucalipto branqueada; composições de fibras de MFC aditivadas com 5%, 10% e 20% de celulose kraft de eucalipto branqueada; e formulação com 100% de celulose.

[156] Foram analisadas as propriedades morfológicas e mecânicas das formulações antes e após a etapa de prensagem.

[157] As propriedades morfológicas analisadas foram: teor de finos (%), comprimento de fibras (mm), largura da fibra (μm) e número de fibras por massa da composição (milhões de fibras / grama).

[158] As propriedades mecânicas analisadas foram: índice de tração (Nm/g), alongamento (%), índice de estouro (KPam²/g), Scott Bond (ft.lb/in²), corpo (cm³/g) e resistência à passagem de ar (s/100 mL ar).

[159] Os resultados obtidos estão apresentados nos gráficos das figuras 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 e 33.

[160] Por meio dos resultados obtidos, conclui-se que há retenção da celulose na MFC mantendo as propriedades da proporção das fibras na composição no que tange à sua morfologia. Ademais, não foram observadas diferenças significativas nas formulações antes e após a prensagem.

Exemplo 4

[161] É aqui apresentado um estudo de verificação para níveis de teor seco da composição de fibras da invenção.

[162] Foram analisadas as propriedades físico-mecânicas corpo (cm³/g), índice de tração (Nm/g), índice de estouro (KPam²/g) e índice de rasgo (mNm²/g) para diferentes teores de teor seco (%).

[163] Os resultados obtidos no estudo em questão encontram-se nas figuras 34, 35, 36 e 37.

[164] Por meio dos resultados, concluiu-se que houve um ganho significativo de corpo após 30 % de teor seco e uma perda de resistência à tração após 30% de teor seco. Além disso, observou-se que o teor seco não afetou significativamente a resistência ao rasgo. Em relação ao índice de estouro, não foram observadas mudanças significativas entre os níveis de 10, 20, 30 e 50% de teor seco. Resta claro, portanto, que redispersibilidade foi alcançada em até no máximo 50% de teor seco.

Claims

Composição de fibras, caracterizada pelo fato de que compreende fibras com comprimento igual ou menor do que 7 mm e uma viscosidade entre 10 e 20 cP.
Composição de fibras de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende a seguinte distribuição por comprimento das fibras, com base em peso seco:
- i. 0 a 0,2 mm: 1,7 a 33,7 %;
- ii. 0,2 a 0,5 mm: 12,0 a 44,0 %;
- iii. 0,5 a 1,2 mm: 22,0 a 83,0 %;
- iv. 1,2 a 2,0 mm: 0,10 a 3,8 %;
- v. 2,0 a 3,2 mm: 0,06 a 0,10 %; e
- vi. 3,2 a 7,0 mm: 0,03 a 0,30%.
Composição de fibras de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que compreende a seguinte distribuição por comprimento das fibras, com base em peso seco:
- i. 0 a 0,2 mm: 16,5%;
- ii. 0,2 a 0,5 mm: 29%;
- iii. 0,5 a 1,2 mm: 52%;
- iv. 1,2 a 2,0 mm: 1,6%;
- v. 2,0 a 3,2 mm: 0,06 a 0,10 %; e
- vi. 3,2 a 7,0 mm: 0,13%.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que as fibras são fibras naturais.
Composição de fibras de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais são selecionadas a partir de fibras de celulose, derivados de fibras de celulose, derivados de madeira ou misturas dos mesmos.
Composição de fibras de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais são fibras de celulose.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais são fibras naturais virgens, recicladas ou secundárias.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais são obtidas por processo kraft.
Composição de fibras de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais são fibras de celulose kraft.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 9, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais são branqueadas, semi- branqueadas ou não branqueadas.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 10, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais compreendem lignina e/ou hemicelulose.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 11, caracterizada pelo fato de que as fibras naturais são longas ou curtas.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que apresenta teor seco na faixa entre 3 e 70%.
Composição de fibras de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que apresenta teor seco na faixa entre 20 e 50%.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de ser redispersível.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que compreende de 10.000 a 25 milhões de fibras/g da composição.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que tem largura de fibra de entre 10 e 25 μm.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que tem grau de polimerização de entre 1.000 e 2.000 unidades.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que tem índice de tração de entre 70 e 100 Nm/g; alongamento de entre 2 e 5%; Scott Bond de entre 180 e 300 ft.lb/in²; e índice de estouro de entre 4 e 9 KPam²/g.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que tem corpo de entre 1 e 2 cm³/g; rigidez Taber de entre 0,3 e 5%; e espessura de parede de entre 3 e 6 μm.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que tem opacidade de entre 30 e 80%.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que tem teor de finos de entre 10 e 90% e fibrilação de entre 5 e 20%.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que tem Viscosidade Brookfield a 1% de entre 92 e 326 cP.
Composição de fibras de acordo com a reivindicação 15 ou 23, caracterizada pelo fato de que, quando redispersada, apresenta pelo menos 70% do valor inicial da Viscosidade Brookfield a 1%.
Composição de fibras de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizada pelo fato de ser para uso na fabricação de papel, fibrocimento, compósitos termoplásticos, tintas, vernizes, adesivos, filtros e painéis de madeira.
Uso de uma composição de fibras definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo fato de ser para fabricação de papel, fibrocimento, compósitos termoplásticos, tintas, vernizes, adesivos, filtros e painéis de madeira.
Artigo, caracterizado pelo fato de que compreende uma composição de fibras definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 24.
Artigo de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que é um papel, um fibrocimento, um compósito termoplástico, uma tinta, um verniz, um adesivo, um filtro ou um painel de madeira.
Artigo de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de ser um papel.
Invenção de produto, processo, sistema ou uso, caracterizada pelo fato de que compreende um ou mais elementos descritos no presente pedido de patente.