BR112016013514B1 - Papelão de múltiplas camadas - Google Patents
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Abstract
papelão de múltiplas camadas. a presente invenção divulga um papelão de múltiplas camadas de alta qualidade. a invenção é caracterizada em que a camada intermediária do papelão compreende pelo menos 50% de polpa quimiotermomecânica de alta temperatura (ht-ctmp), proveniente de fibras de madeira dura, calculado com base no peso total de fibra da dita camada intermediária. foi surpreendentemente observado que o uso de ht-ctmp de fibras de madeira dura na camada intermediária possibilita a produção de um papelão de elevado volume e com manutenção das propriedades de resistência. além disso, o uso da polpa quimitermomecânica de alta temperatura (ht-ctmp) de fibras de madeira dura melhora de forma significativa as propriedades de brilho, como, também, a formação do papelão.
Description
[0001] A presente invenção está correlacionada a um papelão de múltiplas camadas, de alta qualidade e elevado volume, ao mesmo tempo em que a resistência é mantida.
[0002] Existe um grande número de aplicações para o uso de papelão. Todas essas aplicações possuem exigências próprias específicas com relação ao papelão, desse modo, as propriedades do papelão devem diferir, dependendo do uso final pretendido.
[0003] O papelão que deve ser convertido (por exemplo, revestido, impresso, cortado, vincado e dobrado) em embalagens, em máquinas automáticas de rápido processamento, deve apresentar a exigida resistência para suportar as solicitações e esforços criados durante a conversão. O papelão deve também apresentar uma alta resistência à flexão, não só para obter uma satisfatória processabilidade durante a conversão, que é crucial para se obter o exigido desempenho de embalagem. Para produtos de longa vida de prateleira, a embalagem deve também apresentar satisfatórias propriedades de barreira contra luz, oxigênio e umidade. Além disso, propriedades como nivelamento e estabilidade dimensional são também importantes durante a conversão.
[0004] O volume do papelão (inverso da densidade) é uma importante propriedade, uma vez que contribui para a espessura do papelão. O aumento da espessura melhora a rigidez à flexão do papelão. O aspecto de apresentar um elevado volume permite posteriormente ao fabricante de papel reduzir a quantidade de fibras no papelão, desse modo, proporcionando uma economia de custos. No entanto, um volume elevado normalmente resulta na diminuição da resistência interna. Um desafio para o fabricante de papel é de aumentar o volume do papelão, ao mesmo tempo em que seja mantida a propriedade de resistência.
[0005] Um papelão, geralmente, compreende de 1 a 5 pregas (camadas). Um papelão a ser convertido, normalmente, compreende mais de uma camada. Um papelão de múltiplas camadas normalmente mostra um maior índice de resistência à flexão do que um papelão de camada única. Um papelão que consiste de três ou mais camadas compreende camadas de topo e de suporte e uma ou mais camadas intermediárias.
[0006] A polpa química é muitas vezes usada nas camadas de topo e de suporte do papelão, de modo a proporcionar ao papelão resistência e satisfatórias propriedades de impressão. A camada intermediária do papelão pode conter polpa mecânica e/ou polpa química. A polpa mecânica, tal como, a CTMP, é uma matéria-prima desejável, uma vez que apresenta uma densidade comparativamente mais baixa e pode ser produzida com menor custo do que a polpa química. Além disso, a polpa mecânica apresenta um maior rendimento e, desse modo, uma maior eficiência de utilização de matéria-prima. Nos papelões de alta qualidade, a polpa quimiotermomecânica (CTMP) de madeira dura é a polpa mecânica mais comum usada para a camada intermediária, devido ao fato de que a CTMP de madeira dura, além do volume elevado, apresenta também fibras longas, as quais podem proporcionar satisfatória ligação interna. A polpa química é também normalmente usada na camada intermediária em combinação com a polpa mecânica, na condição de reforço, devido apresentar altas propriedades de resistência.
[0007] O documento de patente W0 2006/084883 divulga um papelão de alta qualidade, com uma camada intermediária compreendendo uma alta quantidade de polpa quimiotermomecânica (CTMP) de madeira dura. No entanto, existe um limite superior para que o elevado volume do papelão possa ser obtido simultaneamente com a manutenção da resistência na produção do papelão divulgado no documento de patente WO 2006/084883. Portanto, permanece a necessidade de um papelão de alta qualidade, de alto volume e resistência mantida.
[0008] A presente invenção divulga um papelão de alta qualidade, compreendendo pelo menos três camadas: uma camada superficial, uma camada intermediária e uma camada de suporte, em que a camada intermediária compreende pelo menos 50%, preferivelmente, pelo menos 80%, mais preferivelmente, pelo menos 90% em peso de polpa quimiotermomecânica de alta temperatura (HT-CTMP) proveniente de fibras de madeira dura, calculado com base no peso total de fibra da dita camada intermediária.
[0009] Foi surpreendentemente demonstrado que o uso de polpa quimiotermomecânica de alta temperatura (HT- CTMP) proveniente de fibras de madeira dura na camada intermediária permite a produção de um papelão de volume bastante elevado, com as propriedades de resistência sendo mantidas. Além disso, o uso de polpa quimiotermomecânica de alta temperatura (HT-CTMP) proveniente de fibras de madeira dura melhora de forma significativa as propriedades de brilho e a formação do papelão. A camada intermediária do papelão exibe uma densidade inferior a 400 kg/m3, preferivelmente, inferior a 350 kg/m3, ainda mais preferivelmente, inferior a 300 kg/m3, uma resistência à pressão (z) de pelo menos 150 kPa, preferivelmente, de pelo menos 250 kPa, mais preferivelmente, de pelo menos 350 kPa, e um valor de adesivo Scott Bond de pelo menos 100 J/m2, preferivelmente, de pelo menos 150 J/m2.
[0010] A polpa de madeira dura na dita camada intermediária apresenta uma densidade (densidade de polpa da folha, ISO 534:2005) inferior a 300 kg/m3, preferivelmente, inferior a 250 kg/m3, mais ainda preferivelmente, inferior a 200 kg/m3.
[0011] Pelo menos uma das camadas, preferivelmente, a camada intermediária do papelão da invenção, pode compreender aditivos de resistência a seco. Os aditivos de resistência podem ser selecionados do grupo que consiste de amido catiônico, polímeros aniônicos, celulose nanofibrilada, polivinilamina, quitosana, aminas primárias e secundárias, polietilenoaminas, poliacrilamidas modificadas, e combinações das mesmas. Os polímeros aniônicos podem, por exemplo, incluir carboximetilcelulose (CMC) e/ou poliacrilamida aniônica (A-PAM). A adição desses aditivos de resistência a seco intensifica as propriedades do papelão e permite o uso de uma elevada quantidade de HT- CTMP de fibras de madeira dura na camada intermediária. 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 (carboximetilcelulose) aniônica, ou poliacrilamida aniônica (A-PAM). Os ditos polímeros catiônicos e aniônicos podem ser adicionados ao suprimento formando a dita camada em etapas consecutivas. Essa ação melhora a resistência do resultante produto de papelão. Alternativamente, os ditos polímeros podem ser adicionados, de forma simultânea, ou serem pré-misturados com o suprimento.
[0012] A polpa de madeira dura usada em conformidade com a presente invenção pode, por exemplo, ser originária de eucalipto, álamo, acácia, bordo, faia, choupo e/ou bétula.
[0013] O papelão da presente invenção é um papelão de alta qualidade, adequado para uso como um papelão, por exemplo, para embalagem de líquido, embalagem de alimento, e ainda como um papelão para impressão gráfica ou papelão para cigarros.
[0014] Um papelão de alta qualidade é um papelão com alta resistência, a fim de que seja possível suportar procedimentos de conversão, e que apresente satisfatórias propriedades de proteção, assim como, uma adequada aparência.
[0015] Preferivelmente, o papelão de múltiplas camadas da presente invenção compreende três camadas: uma camada de topo, uma camada de suporte e pelo menos uma camada intermediária. O papelão pode compreender um maior número de camadas, dispostas entre as ditas camadas externas e a dita camada intermediária. Essas camadas intermediárias podem apresentar a mesma ou uma diferente composição de fibra em relação à camada intermediária. O papelão pode compreender, por exemplo, um total de quatro ou cinco camadas.
[0016] De acordo com a invenção, a camada intermediária compreende pelo menos 50%, preferivelmente, pelo menos 80%, mais preferivelmente, pelo menos 90% em peso de polpa quimiotermomecânica de alta temperatura (HT- CTMP), que proporciona ao papelão um elevado volume, sem qualquer substancial redução da resistência do produto de papelão final. A camada intermediária pode compreender ainda uma pequena quantidade de polpa química branqueada ou não branqueada, por exemplo, 10%, 15% ou 20% em peso, calculado em relação ao peso total de fibra da dita camada intermediária. A camada de topo, preferivelmente, compreende polpa química de madeira dura e/ou de madeira mole, o que proporciona ao produto satisfatórias propriedades de resistência e impressão. A camada de suporte pode compreender polpa química de madeira dura e/ou de madeira mole.
[0017] O termo “polpa quimiotermomecânica de alta temperatura (HT-CTMP)”, conforme aqui usado, refere-se à polpa que foi pré-aquecida a uma temperatura de pelo menos 140°C, preferivelmente, de pelo menos 150°C, ou mais ainda preferivelmente, de pelo menos 160°C, antes da etapa de refino.
[0018] Surpreendentemente, foi demonstrada a possibilidade de se produzir um papelão compreendendo a dita elevada quantidade de HT-CTPMP de fibras de madeira dura na camada intermediária, ao mesmo tempo em que se mantêm uma elevada resistência.
[0019] O papelão da invenção pode compreender também aditivos para provisão de resistência a seco. Os aditivos para provisão de resistência a seco que podem ser usados incluem, sem que não seja a isso limitado, amido, poliacrilamida, e polissacarídeo nanofibrilado de carboximetilcelulose (CMC). O polissacarídeo nanofibrilado, no presente contexto, deve incluir celulose bacteriana ou nanocelulose tecida por meio de tradicionais técnicas de fiação ou por meio de fiação eletrostática. A celulose microfibrilada (MFC), também conhecida por nanocelulose, os filamentos de celulose, celulose microcristalina (MCC), celulose nanocristalina (NCC) ou fibras e partículas de celulose regenerada são aqui também incluídos na definição de polissacarídeo nanofibrilado.
[0020] Em uma modalidade, uma das camadas, preferivelmente, a camada intermediária, compreende amido catiônico e carboximetilcelulose (CMC) aniônica. O amido catiônico e a CMC aniônica podem ser adicionados a uma das camadas, preferivelmente, à camada intermediária, na etapa seguinte. Isso pode ser obtido, por exemplo, de acordo com os métodos divulgados no documento de patente WO 2006/120235 ou no documento de patente W0 2006/041401. A adição desses componentes mostrou um adicional aumento das propriedades de resistência do produto de papelão resultante.
[0021] Preferivelmente, a camada intermediária compreende amido catiônico numa quantidade de pelo menos 20 kg/t, ou preferivelmente, de pelo menos 3 0 kg/t, e a CMC numa quantidade de pelo menos 1 kg/t, ou de pelo menos 2 kg/t.
[0022] Os métodos e padrões seguintes se aplicam às definições das reivindicações anexas e às medições realizadas no exemplo abaixo. - Índice de Tração: ISO 1924-3:2005; - Scott Bond: TAPPI UM-403; - Resistência à pressão (z): SCAN-P 80:98; - Densidade (papelões, amostras 1-2, Tabela 2): ISO 534:2011; - Resistência à drenagem: SCAN M3:65; - Solicitação ocorrida na falha: ISO 1924-3:2005; - Índice de energia de tração abs.: ISO 1924-3:2005; - Índice de rigidez à tração: ISO 1924-3:2005; - Densidade (densidade da polpa de folha, Tabela 1) : ISO 534:2005.
[0023] A fim de avaliar o papelão de alta qualidade da presente invenção, uma série de testes foi realizada, em que uma camada central de um papelão, isto é, uma camada a ser usada como camada intermediária em um papelão de múltiplas camadas, em conformidade com a invenção, foi comparada com uma convencional camada central de um papelão.
[0024] As propriedades de resistência das camadas centrais foram pesquisadas. Todos os testes foram realizados de acordo com os métodos e padrões indicados acima, e todas as análises foram realizadas de acordo com os padrões disponíveis após condicionamento à temperatura de 23°C, e umidade relativa (RH) de 50%. Amostras de Camada Central
[0025] As amostras de camada central, em conformidade com a invenção, e amostras de camada central de referência, baseadas em convencional polpa quimiotermomecânica (CTMP) de abeto vermelho, foram produzidas usando um Conformador Dinâmico de Folha (Formette Dynamique). As propriedades das polpas usadas nas amostras de camada central são mostradas na Tabela 1.
[0026] Testes comparativos foram realizados em convencionais camadas centrais (amostras 1-3) e com as camadas centrais em conformidade com a invenção (amostras 4-6). As propriedades físicas das camadas centrais são mostradas na Tabela 2.
BKSP = Polpa Kraft de Madeira Branqueada de abeto/pinho (SR° 30) . CTMP = Polpa Quimiotermomecânica de Abeto (CSF HT-CTMP = Polpa quimiotermomecânica de 537 mL). Bétula que foi previamente aquecida a uma temperatura de 170° C, antes da etapa de refino (CSF 712 mL).
[0027] A comparação mostra, de forma surpreendente, que as propriedades de resistência de uma camada central compreendendo uma alta quantidade de HT-CTMP são comparáveis às propriedades de resistência de uma convencional camada central compreendendo CTMP de madeira dura, especialmente, quando são adicionados aditivos provedores de resistência.
Claims (12)
1. Papelão caracterizado por compreender pelo menos três camadas: uma camada superficial, uma camada intermediária e uma camada de suporte, em que a camada intermediária compreende pelo menos 50%, preferivelmente pelo menos 80%, mais preferivelmente pelo menos 90% em peso de polpa quimiotermomecânica de alta temperatura (HT-CTMP) proveniente de fibras de madeira dura, todas as percentagens sendo calculadas com base no peso total de fibra da dita camada intermediária e em que a camada intermediária apresenta uma densidade, de acordo com ISSO 534:2011, inferior a de 400 kg/m3; uma resistência à pressão (z) (z- strenght), de acordo com SCAN-P 80:98, de pelo menos 150 kPa e um valor de adesivo Scott Bond (Scott Bond value), de acordo com TAPPI UM-403, de pelo menos 100 J/m2.
2. Papelão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela camada intermediária apresentar uma densidade, de acordo com ISSO 534:2011, inferior a 350 kg/m3, preferivelmente inferior a 300 kg/m3 e uma resistência à pressão (z) (z-strenght), de acordo com SCAN-P 80:98, de pelo menos 250 kPa, preferivelmente de pelo menos 350 kPa.
3. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela camada intermediária apresentar um valor de adesivo Scott Bond, de acordo com TAPPI UM-403, de pelo menos 150 J/m2.
4. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela dita polpa de madeira dura na dita camada intermediária apresentar uma densidade, de acordo com ISO 534:2005, inferior a 300 kg/m3, preferivelmente inferior a 250 kg/m3 e ainda mais preferivelmente inferior a 200 kg/m3.
5. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela camada intermediária compreender aditivos de resistência a seco.
6. Papelão, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelos ditos aditivos de resistência a seco serem selecionados a partir do grupo que consiste em amido catiônico, polímeros aniônicos, celulose nanofibrilada, polivinilamina, quitosana, aminas primárias e secundárias, polietilenoaminas, poliacrilamidas modificadas e combinações destas.
7. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela camada intermediária compreender amido catiônico numa quantidade de pelo menos 20 kg/t, preferivelmente pelo menos 40 kg/t e/ou polímero aniônico numa quantidade de pelo menos 0,1 kg/t.
8. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela camada intermediária compreender CMC numa quantidade de pelo menos 1 kg/t, preferivelmente pelo menos 1,5 kg/t.
9. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pela camada intermediária compreender A-PAM numa quantidade de pelo menos 0,1 kg/t, preferivelmente pelo menos 0,2 kg/t.
10. Papelão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelas fibras de madeira dura serem originárias de bétula e/ou de eucalipto.
11. Papelão para manutenção de líquidos caracterizado pelo dito papelão ser produzido a partir do papelão conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
12. Papelão para manutenção de alimentos caracterizado pelo dito papelão ser produzido a partir do papelão conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
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