BR112016006857B1

BR112016006857B1 - Papelão em multicamadas de alta qualidade

Info

Publication number: BR112016006857B1
Application number: BR112016006857-2A
Authority: BR
Inventors: Frank Peng; Hans Hallgren
Original assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2023-02-14
Also published as: BR112016006857A2; CN112575618A; CN104452417A; EP3044371B1; EP3044371A4; EP3044371A1; PL3044371T3; CN204343106U; WO2015036930A1

Abstract

PAPELÃO EM MULTICAMADA. A invenção diz respeito a um papelão em multicamada compreendendo polpa de fibras celulósicas, em que 100% do teor de fibra total de dito papelão são fibras de madeira folhosa. Ao contrário das suposições vigentes, foi surpreendentemente achado que é possível produzir um papelão em multicamada de 100% de polpa de madeira folhosa com uma força comparável, um volume maior e uma maior resistência à flexão quando comparado a um papelão em multicamada compreendendo a polpa de madeira de resinosas. O uso de polpa de 100% madeira folhosa é economicamente favorável, desde que o acesso à polpa de madeira de resinosa é limitada em partes grandes do mundo. Ainda, uma maior quantidade de polpa de madeira folhosa no papelão melhora as propriedades de superfície e as propriedades ópticas do cartão.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] Existe um grande número de aplicações para o uso de papelão. Todas estas aplicações têm seus próprios requerimentos específicos no papelão, assim as propriedades do papelão devem diferir dependendo do uso final pretendido.

[0002] Papelão que é para ser convertido (por exemplo revestido, impresso, cortado, vincado e dobrado) para embalagens em máquinas automáticas de execução rápida devem ter a força requerida para suportar a tensão e o esforço criado durante a conversão. O papelão deve também ter uma alta resistência à flexão, não apenas para alcançar boa execução durante conversão, mas também crucial para o desempenho do acondicionamento requerido. Para produtos de longa vida de prateleira a acondicionamento deve também ter boas propriedades de barreira contra luz, oxigênio e umidade. Também propriedades tais como planicidade e estabilidade dimensional são importantes durante conversão.

[0003] O papelão de maior qualidade disponível é feito totalmente de polpa química, isto é, SBS (sulfato sólido branqueado). Tal papelão tem uma aparência muito boa, entretanto necessita ter alta gramatura de modo a dar resistência à flexão requerida. Este tipo de papelão sólido é comumente usado para embalagens de por exemplo, cigarros ou frascos de licores. Entretanto, embalagens feitas deste tipo de papelão são menos eficientes em custo devido aos altos custos do material. Nem todas as aplicações necessitam esta qualidade extraordinária, e assim outros tipos de papelão com diferentes qualidades têm sido desenvolvidos.

[0004] Um papelão geralmente compreende 1-5 camadas (dobras). Um papelão que é para ser convertido usualmente compreende mais que uma camada. Um papelão em multicamadas usualmente mostra maior índice de resistência à flexão que um papelão de camada única. Um papelão que consiste de três ou mais camadas compreende camadas de topo e traseira e uma ou mais camadas intermediárias.

[0005] Polpa química é geralmente usada nas camadas de topo e traseira do cartão para fornecer o cartão com força e boas propriedades de impressão. Na técnica, as camadas de topo e traseira usualmente compreendem uma grande quantidade de fibras de madeira branca, pois é acreditado a contribuir para uma força e resistência a flexão maior. Fibras de madeira branca são maiores que as fibras da madeira de lei e assim, fornece melhor ligação interna que fibras menores de madeira de lei.

[0006] A camada do meio do cartão pode conter ambas da polpa mecânica e/ou polpa química. Polpa mecânica, tal como CTMP, é um material bruto desejável pois tem baixa densidade comparativa e pode ser produzida a um custo menor que polpa química. Também, polpa mecânica tem um rendimento maior e assim uma maior eficiência de uso de material bruto. Nos cartões de alta qualidade, CTMP de madeira branca é a polpa mecânica mais comum usada para a camada do meio porque CTMP de madeira branca, em adição a alto volume específico, também tem fibras longas que podem fornecer boa ligação interna. Polpa química é normalmente também usada na camada do meio em combinação com polpa mecânica, como reforço, devido a suas altas propriedades de força.

[0007] Por causa de sua habilidade em combinar volume específico alto e alta ligação interna, CTMP de madeira branca é um material bruto principal na produção de papelão de alta qualidade. Infelizmente, madeira branca de alta qualidade é disponível apenas em uma parte limitada do mundo e o fornecimento de CTMP de madeira branca disponível para a produção de papelão não é suficiente em relação à necessidade de papelão de alta qualidade no mundo. Na técnica, tentativas de aumentar a quantidade de madeira de lei no papelão têm sido feitas.

[0008] Especificação de patente WO2006084883 divulga um papelão de alta qualidade com uma camada do meio compreendendo uma grande quantidade de CTMP de madeira de lei. Entretanto, a camada do meio também compreende uma pequena quantidade de polpa de madeira branca e, ainda, a camada externa compreende polpa de madeira branca.

[0009] Especificação de patente US2005257909 diz respeito a um cartão compreendendo substâncias que reduzem odor indesejado. Um exemplo menciona uso de uma composição de fabricação compreendendo 70% de polpa de madeira de lei branqueada para produzir camadas.

[0010] Entretanto, o pressuposto prevalecendo hoje é que certa quantidade de polpa de madeira branca é necessária na fabricação de papelão de alta qualidade de modo a alcançar uma força interna e resistência à flexão aceitáveis.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0011] A presente invenção divulga um papelão em multicamadas compreendendo polpa de fibras celulósicas, em que 100% do teor de fibra total de dito papelão são fibras de madeira de lei. Ao contrário das hipóteses prevalecendo, foi surpreendentemente encontrado que é possível produzir um papelão em multicamadas de 100% polpa de madeira de lei com uma força comparável, um volume específico maior e uma resistência à flexão maior quando comparada a um papelão em multicamada compreendendo polpa de madeira branca. O uso de 100% de polpa de madeira de lei é economicamente favorável, pois o acesso à polpa de madeira branca é limitado em grandes partes do mundo. Ainda, uma quantidade maior de polpa de madeira de lei em papelão melhora as propriedades de superfície e as propriedades ópticas do cartão.

[0012] O papelão de acordo com a invenção exibe; um valor de Ligação de Scott de pelo menos 100 J/m2, e um índice de resistência à flexão de pelo menos 5 Nm6/kg3. Assim, as propriedades de força do papelão são comparáveis àquelas de um papelão convencional, parcialmente compreendendo fibras de madeira branca.

[0013] Preferencialmente, o papelão em multicamada compreende 30-70% em peso de CTMP de madeira de lei e a percentagem remanescente de polpa química de madeira de lei, preferencialmente polpa kraft, todas as porcentagens calculadas a partir do peso da fibra total de dito cartão. Isto leva a um papelão de alta qualidade com alta força, boas propriedades protetoras e boa aparência.

[0014] O papelão pode compreender uma camada de topo, uma camada traseira, e pelo menos uma camada do meio entre dita camada de topo e dita camada traseira.

[0015] Preferencialmente, as camadas de topo e traseira compreendem mais que 90%, ou mais que 95%, ou até 100%, em peso da polpa química de madeira de lei, calculada no peso de fibra total de ditas camadas de topo e traseira. A grande quantidade de polpa química de madeira de lei nas camadas de topo e traseira contribui para boa força e propriedades de brilho.

[0016] A camada do meio compreende 15-25% em peso de polpa kraft de madeira de lei e 75-90% de CTMP de madeira de lei, calculado no peso de fibra total de dita camada do meio. Preferencialmente, a camada do meio compreende 80% CTMP de madeira de lei e 20% de polpa kraft de madeira de lei.

[0017] Em uma modalidade preferida da invenção, a camada traseira é feita de 100% de polpa de madeira de lei não branqueada. Foi mostrado que a rigidez à tração de polpa de madeira de lei não branqueada é significativamente maior que a rigidez à tração de polpa de madeira de lei branqueada. Assim, a rigidez à tração de polpa de madeira de lei não branqueada é aproximadamente a mesma que polpa de madeira branca branqueada. Tradicionalmente, uma grande quantidade de polpa de madeira branca branqueada é usada na camada traseira de produtos de papelão, tal como produtos de papelão para uso em acondicionamento de líquido ou acondicionamento de alimentos. Entretanto, foi encontrado que quando ao invés de usar polpa de madeira de lei não branqueada na camada traseira, as propriedades de força são intensificadas enquanto um produto de cartão feito de 100% de polpa de madeira de lei com propriedades de força aceitável pode ser produzido.

[0018] Pelo menos uma das camadas, preferencialmente a camada do meio, do papelão inventivo pode compreender aditivos de força seca, tais como amido e/ou carboximetilcelulose (CMC) e/ou polissacarídeo nanofibrilado ou microfibrilado. Isto intensifica as propriedades de força do papelão e permite o uso de fibras de madeira de lei para 100%. Em uma modalidade preferida, pelo menos uma camada compreende pelo menos um polímero catiônico, tal como amido catiônico, e pelo menos um polímero aniônico, tal como CMC aniônico. Ditos polímeros catiônico e aniônico podem ser adicionados à composição de fabricação formando dita camada em etapas consecutivas. Isto melhora a força do produto de cartão resultante ainda mais.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0019] O papelão da invenção atual é um papelão de alta qualidade adequado para uso, por exemplo, como um papelão de acondicionamento de líquido, cartão de serviço alimentício, papelão gráfico, ou papelão de cigarro.

[0020] Um papelão de alta qualidade é um papelão com alta força, de modo a ser capaz de suportar conversão, boas propriedades protetoras bem como boa aparência.

[0021] O papelão da invenção pode compreender produtos químicos, por exemplo, polpa kraft, e/ou polpa mecânica, por exemplo, Groundwood, CTMP (polpa quimiotermomecânica) ou TMP (polpa termomecânica). A polpa de madeira de lei usada de acordo com a invenção pode, por exemplo, ser eucalipto, álamo e bétula. Preferencialmente, a polpa de madeira de lei é eucalipto, pois o eucalipto é especialmente adequado como madeira de plantação ecologicamente amigável e amplamente disponível em regiões onde recursos de fibra de madeira branca são escassos.

[0022] Preferencialmente, o papelão de multicamada da invenção compreende três camadas; uma camada de topo, uma camada traseira e pelo menos uma camada do meio. O papelão pode compreender ainda camadas, arranjadas entre ditas camadas externas e dita camada do meio. Estas camadas intermediárias podem ter a mesma ou diferentes composições de fibra como a camada do meio. O papelão pode, por exemplo, compreender quatro ou cinco camadas no total.

[0023] As fibras usadas no papelão em multicamada da invenção não foram preferencialmente fracionadas, isto é, cada camada compreende ambas as fibras longas e as finas. Cada camada do papelão em multicamada pode compreender fibras da mesma distribuição de tamanho, isto é, a camada de topo, a camada do meio e a camada traseira podem compreender fibras com substancialmente a mesma distribuição de tamanho.

[0024] A camada de topo é preferencialmente feita de madeira de lei, polpa química, que dá ao produto boa força e propriedades de impressão. A camada do meio preferencialmente compreende uma grande quantidade de CTMP de madeira de lei, que fornece o papelão com alto volume específico sem qualquer diminuição substancial na força do produto de papelão final. A camada traseira pode também ser feita de polpa química de madeira de lei. Em um modo preferido, a camada traseira é feita de polpa química de madeira de lei não branqueada, que tem sido mostrada a dar força aumentada e propriedades de barreira óptica melhoradas. Em um modo, o papelão é um papelão de três camadas em que a camada de topo compreende polpa química de madeira de lei a 100%, a camada traseira compreende polpa química de madeira de lei não branqueada a 100% e a camada do meio compreende 80% de CTMP de madeira de lei e 20% de polpa kraft de madeira de lei.

[0025] Surpreendentemente foi encontrado que é possível produzir um papelão compreendendo 100% de polpa de madeira de lei, cujo papelão exibe um valor de Ligação de Scott de pelo menos 100 J/m2, ou pelo menos 150 J/m2 ou até de pelo menos 200 J/m2 e um índice de resistência à flexão de pelo menos 5 Nm6/kg3 ou até de pelo menos 10 Nm6/kg3. O papelão da invenção pode ainda exibir uma força z de pelo menos 200 kPa ou até pelo menos 300 kPa ou pelo menos 400 kPa.

[0026] O papelão inventivo pode também compreender aditivos de força seca. Os aditivos de força seca que podem ser usados incluem, mas não estão limitados a; amido, poliacrilamida, carboximetilcelulose (CMC) e/ou polissacarídeo nanofibrilado. Polissacarídeo nanofibrilado deve neste contexto incluir celulose bacteriana ou fio de nanocelulose com tanto técnicas de torção tradicionais ou com torção eletrostática. Também celulose microfibrilada (MFC), também conhecida como nanocelulose, barbas de celulose, celulose microcristalina (MCC), celulose nanocristalina (NCC) ou fibras de celulose regenerada e partículas são aqui incluídas na definição de polissacarídeo nanofibrilado.

[0027] Em uma modalidade, uma das camadas, preferencialmente a camada do meio, compreende amido catiônico e CMC aniônico. Amido catiônico e CMC aniônico podem ser adicionados a uma das camadas, preferencialmente a camada do meio, em etapa consecutiva. Isto pode, por exemplo, ser realizado de acordo com os métodos divulgados em WO2006120235 ou WO2006041401. Isto tem sido mostrado em aumentar as propriedades de força do produto de papelão resultante ainda mais. Preferencialmente, a camada do meio compreende amido catiônico a uma quantidade de pelo menos 10 kg/ton, ou preferencialmente pelo menos 15 kg/ton, e CMC em uma quantidade de pelo menos 0,5 kg/ton ou 0,8 kg/ton.

MÉTODOS DE MEDIÇÃO E AVALIAÇÃO

[0028] Os seguintes métodos e padrões aplicam ambas as definições das reivindicações anexas e a medições realizadas no exemplo abaixo. Índice Tênsil: ISO 1924-3:2005 Índice de ruptura: ISO 1974:1990 Índice SCT: ISO 9895:2008 Ligação de Scott: TAPPI UM-403 Força-z: SCAN-P 80:98 Índice de resistência à flexão: ISO 2493-1:2010 Taxa constante de deflexão. O índice de resistência à flexão (GM) apresentado nas reivindicações anexas e nas medições realizadas no exemplo abaixo refere ao valor médio geométrico (GM) do índice de resistência à flexão na direção da máquina e o índice de resistência à flexão cruza a direção da máquina. Índice de formação: medido de acordo com AMCBERTEC Beta testador de formação Aspereza Bendtsen: SCAN-P84:02 Resistência ao ar Gurley L&W: SCAN P26:78 Densidade (papelões, amostra 1-5, tabela 2): ISO 534:2011 Transmitância: ISO 22891:2013, sem o uso de um filtro de corte de 420 nm. Resistência à drenagem: SCAN M3:65 Tensão na falha: ISO 1924-3:2005 Índice abs. de energia tênsil: ISO 1924-3:2005 Índice de rigidez à tensão ISO 1924-3:2005 Densidade (densidade de folha de polpa, tabela 1): ISO 534:2005 EXEMPLO

[0029] De modo a avaliar o papelão de alta qualidade da invenção, uma série de testes foi realizada nos quais papelões compreendendo 100% de polpa de madeira de lei de composições diferentes foram comparadas com um papelão convencional compreendendo polpa de madeira branca. Todos os papelões no teste foram de uma construção de três camadas, tendo camadas de topo e traseira e uma camada de meio.

[0030] Força, superfície e propriedades ópticas dos diferentes papelões foram investigadas. Todos os testes foram realizados de acordo com os métodos e padrões como indicado acima e todas as análises foram realizadas de acordo com padrões disponíveis após condicionamento a 23°C. 50% RH.

AMOSTRAS DE PAPELÃO

[0031] Cinco papelões de três camadas foram produzidos usando um Formador de Folha dinâmico automático (Formette Dynamique), cada tendo camadas de topo e traseira e uma camada de meio. O peso de base dos papelões foi aproximadamente 185 gsm com a divisão de peso: topo-meio- traseira = 40-110-35 gsm.

[0032] As propriedades das polpas usadas nas amostras de papelão são mostradas na tabela 1.

UBHKP = Polpa Kraft de Madeira de lei não branqueada de Eucalipto SR° 35 BHKP = Polpa Kraft de Madeira de lei branqueada de Eucalipto SR° 31 BSKP = Polpa Kraft de Madeira branca branqueada de abeto/pinho SR° 30 CTMP = Polpa de madeira de lei quimiotermomecânica de Eucalipto

[0033] As composições dos cinco diferentes papelões podem ser vistas na Tabela 2.

[0034] Amido catiônico e/ou carboximetilcelulose aniônica (CMC) são adicionados à composição de fabricação formando as camadas. Tabela 3 mostra o teor de amido e/ou CMC nas diferentes camadas. A composição de fabricação formando as camadas do meio do papelão da amostra 3 e 4 foram tratadas com amido catiônico e CMC aniônico em duas etapas consecutivas;

[0035] Testes comparativos foram realizados em papelão convencional, compreendendo polpa de madeira branca (referência) e papelão compreendendo 100% de polpa de madeira de lei (invenção). As propriedades de força testadas foram índice tênsil, índice de ruptura, força de compressão (SCT), ligação interna (Ligação de Scott), resistência à flexão (índice de resistência à flexão) e força-z. Os testes foram realizados antes de calendarização. As propriedades de força do papelão estão resumidas na Tabela 4. Tabela 4

[0036] A comparação mostra que força tênsil e de ruptura são de alguma forma menores para o papelão compreendendo 100% de fibras de madeira de lei comparado com o papelão de referência, mas ainda bem acima dos níveis aceitáveis. Surpreendentemente, ambos os índices tênsil e força de ruptura foram melhorados pela adição de amido e CMC (amostras 3 e 4) e pelo uso de polpa de madeira de lei não branqueada na camada traseira (amostra 5).

[0037] A ligação interna (ligação de Scott e força-Z) do papelão de acordo com invenção é comparável aquela de referência. Estes valores podem ser significativamente melhorados pela adição de amido catiônico e CMC aniônico em etapas consecutivas (amostra 3 e 4).

[0038] O teste de força de compressão de momento curto (SCT) mostra valores acetáveis para todas as amostras de papelão. A força de compressão pode também ser significativamente melhorada pela adição de amido catiônico e CMC aniônico nas etapas consecutivas (amostra 3 e 4).

[0039] O valor do índice de resistência à flexão do papelão inventivo é ainda maior que para o papelão de referência. Uma razão para isto pode ser que o papelão inventivo tem volume específico maior que o papelão de referência.

[0040] Assim, estes testes comparativos mostram que as propriedades de força de papelões feitos de 100% de polpa de madeira de lei podem ser semelhantes ou até maior comparada a papelões convencionais, parcialmente compreendendo polpa de madeira branca.

[0041] Adicionalmente, propriedades de superfície e óptica dos papelões foram testadas. Estas propriedades são resumidas na tabela 5.

[0042] Como pode ser o oservado na tabela 5, os papelões da invenção mostram formação melhorada. Ainda, o papelão inventivo mostra uma superfície de cartão significativamente mais suave (aspereza) e uma menor resistência ao ar. Uma quantidade aumentada de fibras de madeira de lei ainda aumenta as propriedades de barreira óptica melhorada (transmitância menor). O papelão compreendendo polpa de madeira de lei não branqueada na camada traseira (amostra 5) mostra a transmitância menor. Tais boas propriedades de barreira reduzem a necessidade de revestimentos de barreira, tais como filmes de alumínio e, consequentemente, a pegada de carbono ambiental pode ser reduzida.

[0043] A presente invenção foi descrita com respeito a modalidades preferidas. No entanto, será óbvio para uma pessoa versada na técnica que um número de variações e modificações pode ser feito sem sair do escopo da invenção como descrito aqui.

Claims

1. Papelão em multicamadas de alta qualidade, compreendendo uma camada de topo, uma camada traseira e pelo menos uma camada de meio disposta entre a camada de topo e a camada traseira, o papelão compreendendo polpa química e mecânica de fibras celulósicas, caracterizado pelo fato de que 100% do teor de fibra total do papelão são fibras de madeira de lei, em que o papelão compreende de 30 a 70% em peso de CTMP de madeira de lei, a porcentagem em peso restante de polpa química de madeira de lei, todas as porcentagens calculadas a partir do peso de fibra total do papelão, em que o papelão exibe: um valor de Ligação de Scott de pelo menos 100 J/m2 e um índice de resistência à flexão (GM) de pelo menos 5 Nm6/kg3, em que a camada traseira é feita 100% em peso de polpa de madeira de lei não branqueada e, em que as fibras usadas no papelão em multicamadas não foram fracionadas.

2. Papelão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as camadas de topo e traseira compreendem 95% em peso, preferencialmente 100% em peso, de polpa química de madeira de lei, calculada a partir do peso de fibra total das camadas de topo e traseira.

3. Papelão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma camada do meio compreende 15-25% em peso da polpa química de madeira de lei, e 75-90% de CTMP de madeira de lei, calculado a partir do peso de fibra total de camada do meio.

4. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das camadas compreende aditivos de força seca, tal como amido catiônico e/ou carboximetilcelulose aniônica (CMC) e/ou polissacarídeo nanofibrilado.

5. Papelão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das camadas compreende pelo menos um polímero aniônico e pelo menos um polímero catiônico, cujo polímero preferencialmente tenha sido adicionado à composição de fabricação formando a camada nas etapas consecutivas.