BR102020013493A2 - PAPER MANUFACTURING PROCESS USING CELLULOSE PRODUCED FROM SISAL FIBER (AGAVE SISALANA) - Google Patents
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Abstract
processo de fabricação de papel utilizando celulose produzida a partir da fibra de sisal (agave sisalana). a presente patente de invenção se refere a um processo de fabricação de papel a qual se diferencia dos demais por utilizar como base a celulose obtida através da fibra de sisal (agave sisalana). dessa forma, pode-se utilizar tanto fibras obtidas através do tratamento da planta, quanto resíduos industriais. esse processo compreende a obtenção de diferentes gramaturas de papel, a qual se adapta ao resultado desejado ao final da fabricação.paper manufacturing process using cellulose produced from sisal fiber (agave sisalana). the present invention patent refers to a paper manufacturing process which differs from the others by using cellulose obtained from sisal fiber (agave sisalana) as a base. in this way, both fibers obtained through the treatment of the plant and industrial residues can be used. this process comprises obtaining different weights of paper, which adapts to the desired result at the end of manufacture.
Description
[001] A presente invenção se refere a um processo de fabricação de papel a qual se diferencia dos demais já patenteados por utilizar como base a polpa de celulose obtida através da fibra de sisal. Esse processo compreende a obtenção de diferentes gramaturas de papel, a qual se adapta ao resultado desejado ao final da fabricação.[001] The present invention refers to a paper manufacturing process which differs from the others already patented by using cellulose pulp obtained from sisal fiber as a base. This process comprises obtaining different weights of paper, which adapts to the desired result at the end of manufacture.
[002] Existem diversas formas de se fabricar papel, entretanto a mais comum é a da celulose extraída de árvores, geralmente eucalipto, mesmo que a celulose possa ser obtida através das mia diferentes plantas, isso ainda é pouco explorado. A seguir temos alguns exemplos de patente que também compreendem a produção de papel.[002] There are several ways to manufacture paper, however the most common is cellulose extracted from trees, usually eucalyptus, even though cellulose can be obtained through my different plants, this is still little explored. The following are some examples of patents that also cover the production of paper.
[003] A patente BR 11 2019 006189 4 intitulada "Método para a produção de uma película compreendendo celulose microfibrilada, uma película e um produto de papel ou papelão" se refere a produção de uma película produzida a partir da celulose microfibrilada , ou seja, uma partícula de fibra de celulose em nanoescala com uma nanodimensão de 10 nm. Além disso, o processo de produção desse tipo de celulose é feito a partir de fibras longas de madeira, bambu ou palha de trigo.[003] Patent BR 11 2019 006189 4 entitled "Method for the production of a film comprising microfibrillated cellulose, a film and a paper or cardboard product" refers to the production of a film produced from microfibrillated cellulose, that is, a nanoscale cellulose fiber particle with a nanodimension of 10 nm. In addition, the production process of this type of cellulose is made from long fibers of wood, bamboo or wheat straw.
[004] A invenção BR 11 2013 032550 0 intitulada "Processo para produção de papel, papelão e papel cartão" se refere a um método para a produção de papel, cartão e papelão, compreendendo a desidratação de um material de papel com material de enchimento e com pelo menos um copolímero anfotérico solúvel em água, formando folhas na seção de arame e pressionando o papel na seção de prensagem. Nesse caso, as fibras utilizadas são de Plantas anuais adequadas para a produção de materiais fibrosos são, por exemplo, arroz, trigo, cana de açúcar e kenaf.[004] The invention BR 11 2013 032550 0 entitled "Process for producing paper, cardboard and paperboard" refers to a method for the production of paper, cardboard and cardboard, comprising dewatering a paper material with filling material and with at least one water-soluble amphoteric copolymer, forming sheets in the wire section and pressing the paper in the press section. In this case, the fibers used are from Annual plants suitable for the production of fibrous materials are, for example, rice, wheat, sugar cane and kenaf.
[005] A invenção BR 10 2018 013554 6 intitulada "Produto de toalha de papel e processo para a fabricação" compreende a um processo de fabricação de um produto de toalha de papel seco ao tato que tem impregnada una solução detergente que produz espuma ao contato com água. Essa patente possui dois tipos de matérias-primas principais: o papel Tissue obtido através da celulose proveniente de árvores ou de papeis recicláveis.[005] The invention BR 10 2018 013554 6 entitled "Paper towel product and process for manufacturing" comprises a process for manufacturing a touch-dry paper towel product that has impregnated a detergent solution that produces foam on contact with water. This patent has two main raw materials: tissue paper obtained from cellulose from trees or recyclable paper.
[006] Além disso, o Brasil é um dos principais produtores da fibra de sisal no mundo. Devido ao clima semi-árido da região nordeste, a qual essa planta é mais favorável para o cultivo, a Agave Sisalana possui uma produção maior. Suas fibras são resistentes e possuem boas características para substituir fibras não-biodegradáveis, além de que é uma ótima fonte para produção de celulose a qual pode ser utilizada nos mais diferentes processos, entre eles o de sisal.[006] In addition, Brazil is one of the main producers of sisal fiber in the world. Due to the semi-arid climate of the northeast region, where this plant is more favorable for cultivation, Agave Sisalana has a higher production. Its fibers are resistant and have good characteristics to replace non-biodegradable fibers, in addition to being a great source for the production of cellulose which can be used in the most different processes, including sisal.
[007] O início da produção do papel a partir da celulose de sisal se dá a partir da micronização da fibra de sisal. Nessa etapa, podem ser utilizadas tanto a fibra longa obtida diretamente da planta, quanto resíduos industriais.[007] The beginning of paper production from sisal cellulose takes place from the micronization of sisal fiber. At this stage, both long fiber obtained directly from the plant and industrial waste can be used.
[008] A formação da polpa da celulose utilizada nessa invenção pode estar quente ou fria, em meio ácido e/ou alcalino e alcoólico, e de preferência em um reator químico.[008] The pulping of the cellulose used in this invention can be hot or cold, in acidic and/or alkaline and alcoholic environments, and preferably in a chemical reactor.
[009] É necessário que seja retirado o tecido parenquimatoso do sisal, para que assim o processo de obtenção de celulose possua um melhor rendimento durante a produção do processo, são utilizados moinhos, como os de martelo.[009] It is necessary to remove the parenchymal tissue of the sisal, so that the process of obtaining cellulose has a better yield during the production of the process, mills such as hammer mills are used.
[010] Pode ser utilizado o método Kraft, que usa sulfeto de sódio (Na2S) e hidróxido de sódio (NaOH) em um processo a quente e com pressão maior que atmosférico o que mantem as fibras com maior resistência.[010] The Kraft method can be used, which uses sodium sulfide (Na2S) and sodium hydroxide (NaOH) in a hot process and with pressure greater than atmospheric, which keeps the fibers with greater strength.
[011] Após o tratamento é necessário que o Ph da fibra seja neutralizado e após isso a fibra deverá ser seca.[011] After the treatment it is necessary that the pH of the fiber is neutralized and after that the fiber must be dried.
[012] Podem ser utilizados para uma mesma extração, mas esses não se limitam a essas composições.[012] They can be used for the same extraction, but these are not limited to these compositions.
[013] Além da utilização de produtos químicos para a extração, há a possibilidade de usar meios mecânicos para a mesma finalidade. Alguns exemplos, porém, não limitados a estes e não necessariamente nesta ordem, são: a moagem da fibra, por moinhos de martelo ou facas, tratamento em meio aquoso a altas temperaturas e agitação vigorosa a quente ou a frio, em agitadores apropriados, com o intuito de dissolver componentes hidrofílicos e causar a separação das fibras de celulose. Podem ser inclusas juntamente nas etapas do processo químico, chamando-se então de extração químico-mecânica.[013] In addition to the use of chemicals for extraction, there is the possibility of using mechanical means for the same purpose. Some examples, however, not limited to these and not necessarily in this order, are: fiber grinding, by hammer or knife mills, treatment in aqueous medium at high temperatures and vigorous hot or cold agitation, in appropriate agitators, with in order to dissolve hydrophilic components and cause the cellulose fibers to separate. They can be included together in the steps of the chemical process, called chemical-mechanical extraction.
[014] Após esse tratamento de extração da polpa de celulose obtida através da fibra de sisal (Agave Sisalana), ela passa por uma fase de limpeza, para que assim possa ser filtrada, seca e prensada para obtenção do papel.[014] After this extraction treatment of the cellulose pulp obtained through the sisal fiber (Agave Sisalana), it goes through a cleaning phase, so that it can be filtered, dried and pressed to obtain the paper.
[015] Também são colocados aditivos para que dessa forma, possa se obter diferentes propriedades do papel. Algumas são: resistência a umidade, brilho, resistência mecânica, coloração, entre outros.[015] Additives are also placed so that different properties of the paper can be obtained. Some are: resistance to humidity, shine, mechanical resistance, coloring, among others.
[016] As propriedades obtidas com a polpa de celulose variam de acordo com o aditivo adicionado a ela. Entretanto, esses aditivos não são obrigatórios.[016] The properties obtained with the cellulose pulp vary according to the additive added to it. However, these additives are not mandatory.
[017] Aditivos que possuem características minerais como caulim e dióxido de titânio fazem com que a opacidade do papel varie; assim como sua brancura e maciez.[017] Additives that have mineral characteristics such as kaolin and titanium dioxide cause the opacity of the paper to vary; as well as its whiteness and softness.
[018] Aditivos como breu saponificado pode alterar a retenção das fibras, o espalhamento de tintas e sua resistência a umidade.[018] Additives such as saponified rosin can change fiber retention, paint spread and moisture resistance.
[019] Ao se adicionar amidos como de milho ou mandioca pode-se alterar a retenção das fibras.[019] When adding starches such as corn or cassava, fiber retention can be changed.
[020] Em indústrias de grandes proporções normalmente se utilizam maquinários maiores, como mesas planas e rolos para a calandra. Os resultados obtidos com esses equipamentos, são similares, porém com proporções maiores.[020] In large industries, larger machinery is usually used, such as flat tables and rolls for the calender. The results obtained with these devices are similar, but with greater proportions.
[021] Para dar início ao processo o sisal (Agave Sisalana) será utilizado em duas formas distintas: fibra e/ou bucha picada com tamanhos que variam 0,05 cm. a 3 cm. Por isso, tanto as fibras obtidas através de resíduos industriais quanto fibras longas vindas através do processamento da planta deverão ser trituradas, essas últimas depois de serem tratadas para obtenção da fibra.[021] To start the process, sisal (Agave Sisalana) will be used in two different ways: fiber and/or chopped bush with sizes that vary 0.05 cm. to 3 cm. Therefore, both fibers obtained from industrial waste and long fibers coming from plant processing must be crushed, the latter after being treated to obtain the fiber.
[022] Foram testadas três formas para se extrair a celulose: ácido e/ou alcalino e alcoólico.[022] Three ways to extract cellulose were tested: acid and/or alkaline and alcoholic.
[023] Em meio ácido, os seguintes reagentes podem ser utilizados: ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3), ácido acético (CH3COOH) entre outros; em meio alcalino, são selecionados: hidróxido de sódio (NaOH), hidróxido de potássio (KOH), hidróxido de amônio (NH4OH), hidróxido de cálcio (Ca (OH)2), entre outros; álcoois como etanol, metanol, isopropanol, entre outros; clorito de sódio (NaClO2), bissulfato de sódio (NaHSO4), sulfeto de sódio (Na2S). Para uma etapa de branqueamento da fibra, podem ser utilizados peróxido de hidrogênio (H2O2), hipoclorito de sódio (NaClO), gás cloro e dióxido de cloro (ClO2); preferencialmente a quente.[023] In acidic medium, the following reagents can be used: sulfuric acid (H2SO4), nitric acid (HNO3), acetic acid (CH3COOH) among others; in alkaline medium, the following are selected: sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH4OH), calcium hydroxide (Ca (OH)2), among others; alcohols such as ethanol, methanol, isopropanol, among others; sodium chlorite (NaClO2), sodium bisulfate (NaHSO4), sodium sulfide (Na2S). For a fiber bleaching step, hydrogen peroxide (H2O2), sodium hypochlorite (NaClO), chlorine gas and chlorine dioxide (ClO2) can be used; preferably hot.
[024] Foi preparada uma solução de 50% em água, onde foi acrescentado ½ a ¼ de sisal em forma de fibra e/ou bucha. Nessa solução será acrescentado o reagente, a qual precisam ser tratados cuidadosamente para evitar acidentes. Podem ser utilizados os reagentes citados no parágrafo anterior. Após esse procedimento a mistura deverá descansar em um recipiente sem tampa por no mínimo duas horas.[024] A 50% solution in water was prepared, where ½ to ¼ of sisal was added in the form of fiber and/or bushing. The reagent will be added to this solution, which must be treated carefully to avoid accidents. The reagents mentioned in the previous paragraph can be used. After this procedure, the mixture should rest in a container without a lid for at least two hours.
[025] Para que seja retirada o tecido parenquimatoso do sisal, para que assim o processo de obtenção de celulose possua um melhor rendimento, são utilizados moinhos, como os de martelo.[025] In order to remove the sisal parenchymal tissue, so that the process of obtaining cellulose has a better yield, mills are used, such as hammer mills.
[026] Para o método Kraft é utilizado ele utiliza como reagente o ácido nítrico (HNO3) 70%, que ainda é diluído em solução de outro ácido, como ácido acético, em um processo preferencialmente a quente, de 60 a 120°C, de 10 a 20 min.[026] For the Kraft method, it uses 70% nitric acid (HNO3) as a reagent, which is further diluted in a solution of another acid, such as acetic acid, in a process preferably hot, from 60 to 120°C, from 10 to 20 min.
[027] Em um caso de extração em meio básico, a celulose da fibra é banhada em uma solução de hidróxido, geralmente hidróxido de sódio, de 4 a 30%, em um meio alcoólico, por exemplo o etanol, de 30 a 50%, sem ou com aquecimento, de 40 a 45°C, de 1 a 3h, com ou sem agitação.[027] In a case of extraction in a basic medium, the cellulose of the fiber is bathed in a hydroxide solution, usually sodium hydroxide, from 4 to 30%, in an alcoholic medium, for example ethanol, from 30 to 50% , without or with heating, from 40 to 45°C, from 1 to 3h, with or without agitation.
[029] Para que o pH seja neutralizado são realizados diversos enxagues com água comum ou destilada em temperatura ambiente.[029] In order for the pH to be neutralized, several rinses are carried out with common or distilled water at room temperature.
[030] Após isso a fibra passa por uma etapa de branqueamento, com hipoclorito de sódio ou peróxido de hidrogênio de 0,5 a 3% a quente em meio alcalino.[030] After that, the fiber goes through a bleaching step, with sodium hypochlorite or hydrogen peroxide from 0.5 to 3% hot in an alkaline medium.
[031] Para que o pH seja neutralizado novamente, são realizados mais enxagues com água comum ou destilada em temperatura ambiente.[031] In order for the pH to be neutralized again, more rinses are carried out with common or distilled water at room temperature.
[032] A polpa de celulose é colocada em uma forma, que pode ser a mesa plana utilizada pela indústria de papel, porém não se limita a ela; ainda com uma grande quantidade de umidade para que dessa forma ela seja espalhada mais uniformemente.[032] The cellulose pulp is placed in a form, which can be the flat table used by the paper industry, but is not limited to it; still with a lot of moisture so that it is spread more evenly.
[033] A celulose é misturada a água, sendo que a concentração de água é muito maior do que a de polpa, sendo assim, a quantidade de celulose nessa etapa é de 1% a 2% comparada com a quantidade de água.[033] Cellulose is mixed with water, and the concentration of water is much higher than that of pulp, so the amount of cellulose in this step is 1% to 2% compared to the amount of water.
[034] Após isso, a água é drenada por filtração, ficando com uma concentração de polpa de celulose de 15 a 25%. Para essa fase do processo foi utilizada uma tela formadora com tamanho de malha de 120; o que de acordo com a Tabela de conversão de tamanho de partículas corresponde a 0,125 mm. A mesa plana utilizada em processos de grandes proporções para fabricação de papel; dessa forma a mistura de polpa de celulose e água ficam de forma uniforme para passar pela fase da prensa.[034] After that, the water is drained by filtration, leaving a cellulose pulp concentration of 15 to 25%. For this phase of the process, a forming screen with a mesh size of 120 was used; which according to the Particle Size Conversion Table corresponds to 0.125 mm. The flat table used in large-scale papermaking processes; in this way the mixture of cellulose pulp and water are uniformly to pass through the press phase.
[035] Seguidamente, essa polpa de celulose filtrada é prensada com uma prensa hidráulica, a partir da compreensão mecânica por cilíndricos ou chapas, dessa forma consegue-se diminuir a umidade da polpa; deixando-a com uma concentração maior de 40 a 45%. Ainda nessa etapa, já se consegue obter a lisura da folha.[035] Next, this filtered cellulose pulp is pressed with a hydraulic press, from the mechanical understanding by cylindrical or plates, in this way it is possible to reduce the pulp moisture; leaving it with a higher concentration of 40 to 45%. Even at this stage, the smoothness of the sheet is already achieved.
[036] Após isso, o material obtido do processo é deixado para ser seco. Os testes foram feitos através de secagem natural, com temperatura ambiente por cerca de 24 horas e com estufas com uma temperatura média de 80° C.[036] After that, the material obtained from the process is left to dry. The tests were carried out through natural drying, at room temperature for about 24 hours and in ovens with an average temperature of 80°C.
[037] A secagem da polpa de celulose possui o tempo necessário para que ela atinja uma porcentagem de 90 a 95% na concentração de polpa e água.[037] The drying of the cellulose pulp has the time necessary for it to reach a percentage of 90 to 95% in the concentration of pulp and water.
[038] Após essas etapas, é formado o papel que pode variar de espessura de acordo com a força de prensagem utilizada. No resultado dessa invenção obteve-se gramaturas que variam entre 90 gr e 400 gr.[038] After these steps, the paper is formed, which can vary in thickness according to the pressing force used. As a result of this invention, weights ranging from 90 gr to 400 gr were obtained.
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