BR112016026678B1 - Método de moagem e meio de moagem - Google Patents
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Abstract
método de moagem e meio de moagem. a invenção refere-se a um método para fabricar celulose microfibrilada, um meio de moagem em partículas adequado para uso no dito método, um material que se desgasta ou se torna áspero e um método para produção do dito meio de moagem em partículas.
Description
[001] A presente invenção e refere-se a um método para a produção de celulose microfibrilada, a um meio de moagem em partículas adequado para uso no dito método, a materiais os quais se desgastam ou se tornam ásperos e a um método para produção do dito meio de moagem em partículas.
[002] Métodos e composições que compreendem celulose micro-fibrilada são descritos no documento WO-A-2010/131016. Foi mostrado que produtos de papel que compreende tal celulose microfibrilada exibem excelentes propriedades do papel, tal como resistência do papel. Os métodos descritos no documento WO-A-2010/131016 também permitem a produção de celulose microfibrilada de forma econômica.
[003] Apesar dos benefícios observados no documento WO-A-2010/131016, há uma necessidade contínua de melhorar ainda mais a economia da produção de celulose microfibrilada em escala industrial e desenvolver novos processos para a produção de celulose microfibri- lada. Também seria desejável poder desenvolver ou melhorar uma ou mais propriedades da celulose microfibrilada.
[004] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção édirigida a um método para a fabricação de celulose microfibrilada, o dito método compreendendo uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso que compreende celulose através de moagem na presença de um meio de moagem em partículas o qual deve ser removido após a conclusão de moagem, em que o meio de moagem em partículas tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,5 e em que, no início de moagem, o meio de moagem em partículas tem: (1) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm; ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10; ou tanto (i) quanto (ii).
[005] De acordo com um segundo aspecto, a presente invençãose refere ao uso de um meio de moagem em partículas que tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,5 e i) uma aspereza de superfície de pelo menos 0,5 μm ou (ii) um coeficiente de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii) na fabricação de celulose microfibrilada.
[006] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção édirigida a um meio de moagem em partículas cerâmico que tem (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii), em que o meio de moagem é formado através de sinteriza- ção de uma composição que compreende pelo menos um de zircônia (ZrO2) e alumina (Al2O3).
[007] De acordo com um quarto aspecto, a presente invenção édirigida a um meio de moagem em partículas que se desgasta durante a moagem, por exemplo, durante a moagem em um método que compreende uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso que compreende celulose por meio de moagem na presença do dito meio de moagem em partículas o qual deve ser removido após conclusão da moagem. O meio de moagem pode ser um meio de moagem cerâmico.
[008] De acordo com um quinto aspecto, a presente invenção serefere a um meio de moagem em partículas que tem (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 1,6 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,25 ou tanto (i) quanto (ii). O meio de moagem pode ser um meio de moagem cerâmico.
[009] De acordo com um sexto aspecto, a presente invenção é dirigida a um método para produção de um meio de moagem em partículas cerâmico de acordo com os terceiro, quarto e quinto aspectos ou usado nos primeiro e segundo aspectos, o dito método compreendendo:a. Obtenção, fornecimento ou produção de uma composição que compreende matérias-primas adequadas para produção do meio de moagem cerâmico;b. Mistura da composição que compreende matérias- primas, formando uma mistura;c. Combinação da mistura com aglutinante, formando uma mistura ligada;d. Granulação da composição de mistura ligada ao misturar a mistura ligada durante um período de tempo durante o qual a velocidade de mistura é reduzida;e. Opcionalmente secagem da composição granulada;f. Opcionalmente moldagem da composição granulada;g. Opcionalmente dimensionamento da composição granulada; eh. Sinterização da composição granulada.
[0010] De acordo com um sétimo aspecto, é fornecido um materialo qual se desgasta ou se torna áspero quando agitado na presença de um substrato fibroso que compreende celulose.
[0011] De acordo com um oitavo aspecto, é fornecido um meio demoagem em partículas não polido tendo uma aspereza de superfície que aumenta pelo menos 1% quando submetido a contato abrasivo.
[0012] De acordo com um nono aspecto, é fornecido um meio demoagem em partículas polido que tem uma aspereza de superfície que aumenta em pelo menos 20% quando submetido a contato abrasivo.
[0013] De acordo com um décimo aspecto, é fornecido um métodode fabricação de celulose microfibrilada por meio de microfibrilação de um substrato fibroso que compreende celulose através de moagem na presença de um meio de moagem em partículas sem reabastecer o método com meios de moagem frescos em que, no início da moagem, o meio de moagem em partículas tem: (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm; ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10; ou tanto (i) quanto (ii).
[0014] De acordo com um décimo primeiro aspecto, é fornecidoum método para fabricar simultaneamente (a) uma celulose microfibri- lada e (b) um meio de moagem em partículas áspero que compreende moagem de um substrato fibroso que compreende celulose através de moagem na presença de um meio de moagem em partículas que tem, no início da moagem: (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm; ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10; ou tanto (i) quanto (ii).
[0015] De acordo com um décimo segundo aspecto, é fornecido ouso de um meio de moagem em partículas que tem i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii), na fabricação de celulose microfibrilada para reduzir a entrada de energia por quantidade unitária de celulose microfibrilada produzida.
[0016] De acordo com um décimo terceiro aspecto, é fornecido ouso de um meio de moagem em partículas que tem i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii), na fabricação de celulose microfibrilada para melhorar uma ou mais propriedades da celulose microfibrilada.
[0017] A Figura 1 é um gráfico que compara a resistência à rupturade papel que compreende celulose microfibrilada produzida usando meios de moagem de acordo com uma modalidade da presente inven- ção e um meio de moagem comparativo.
[0018] Em geral, a presente invenção refere-se a modificações,por exemplo, aprimoramentos, nos métodos e composições descritos no documento WO-A-2010/131016, cujo conteúdo total é aqui incorporado por referência.
[0019] De acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, ométodo compreende uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso que compreende celulose através de moagem na presença de um meio de moagem em partículas que deve ser removido após a conclusão da moagem. Por microfibrilação entenda-se um processo no qual as microfibrilas de celulose são liberadas ou parcialmente liberadas como espécies individuais ou como pequenos agregados em comparação com as fibras da polpa pré-microfibrilada. Fibras de celulose típicas (isto é, polpa pré-microfibrilada) adequadas para uso na fabricação de papel incluem agregados maiores de centenas ou milhares de fibrilas individuais de celulose. Através da microfibrilação da celulose, são conferidas características e propriedades particulares, incluindo as características e propriedades descritas aqui, à celulose mi- crofibrilada e composições que compreendem a celulose microfibrila- da.
[0020] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,5. No início da moagem, o meio de moagem tem: (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm; ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10; ou tanto (i) quanto (ii). Por "meio de moagem em partículas" entenda-se um meio diferente do material inorgânico em partículas o qual, em determinadas modalidades, é cofundido com o substrato fibroso que compreende celulose. Vantajosa- mente, descobriu-se que um meio de moagem em partículas tem uma superfície relativamente rugosa que facilita, por exemplo, a produção de microfibrilas durante a fabricação de celulose microfibrilada. Acredita-se que as microfibrilas são formadas em virtude da interação íntima da superfície do meio de moagem em partículas que tem uma textura relativamente rugosa e fibras de celulose durante o processo de moagem. Sem querer ficar limitado pela teoria, acredita-se que o mecanismo de produção de microfibrilas é em virtude da superfície relativamente rugosa do meio de moagem em partículas 'enganchando' e 'rasgando' e/ou 'desmembrando' a celulose durante a moagem. A interação entre os meios de moagem em partículas e a celulose que resulta em celulose microfibrilada pode incluir colisões de meios-celulose, cisalhamento de celulose entre partículas de meio ou entre partículas de meio e a parede do moedor.
[0021] Conforme usado aqui, o termo "no início da moagem" serefere à condição do meio de moagem antes de ter sido usado em um processo de moagem.
[0022] A aspereza da superfície pode ser determinada por meio deinterferometria óptica, isto é, a medição da topografia de superfície de uma superfície de ensaio do meio de moagem em partículas em relação a uma superfície de referência, conforme realizado por um interfe- rômetro óptico. Em determinadas modalidades, a aspereza da superfície é determinada de acordo com o método a seguir. Uma amostra representativa do meio de moagem em partículas é obtida e colocada em um interferômetro acoplado a um microscópio óptico. Um interfe- rômetro adequado é um Omniscan MicroXAM2. Um microscópio óptico adequado é um Keyence Optical Microscope. Uma amostra representativa consiste em 5 partículas individuais (por exemplo, esferas) do meio de moagem em partículas a analisar selecionadas aleatoriamente a partir de qualquer dado lote de meio de moagem em partículas. Uma aspereza de superfície para cada partícula individual é determinada em dois locais diferentes sobre a superfície e a média dos 10 resultados (isto é, dois por partícula) é calculada. O tamanho da área de superfície analisada em cada localização em cada partícula é constante. Procedimentos adequados de operação do interferômetro são fornecidos no Apêndice 1. Em determinadas modalidades, a aspereza da superfície é determinada de acordo com o procedimento de operação do interferômetro fornecida no Apêndice 1 ou qualquer outro procedimento adequado que forneça essencialmente o mesmo resultado.
[0023] O coeficiente médio de atrito pode ser determinado pormeio de tribometria, isto é, a medição de atrito sobre uma superfície, conforme realizado com um tribômetro. Um tribômetro mede a magnitude do atrito e desgaste à medida que as superfícies são esfregadas umas sobre as outras. Em determinadas modalidades, o coeficiente médio de atrito é determinado de acordo com o método a seguir. Três espécimes individuais (por exemplo, esferas) do meio de moagem em partículas a analisar são obtidos e cada espécime é submetido a três operações idênticas em um tribômetro. O coeficiente de atrito é determinado para cada operação, fornecendo nove medidas de coeficiente de atrito (isto é, três para cada espécime). Um coeficiente médio de atrito é obtido ao adicionar as nove medidas de coeficiente de atrito e dividir por nove. Um procedimento de operação do tribômetro adequado é fornecido no Apêndice 2. Em determinadas modalidades, o coeficiente médio de atrito é determinado de acordo com o procedimento de operação do tribômetro fornecido no Apêndice 2 ou qualquer outro procedimento adequado que produza essencialmente o mesmo resul-tado.
[0024] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas tem uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 5,0 μm, por exemplo, a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 4,0 μm ou a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 3,0 μm ou a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 2,5 μm ou a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 2,0 μm ou a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 1,5 μm ou a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 1,0 μm ou a partir de cerca de 0,55 μm a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,6 μ a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,65 μm a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,7 μm a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,75 μm a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,8 μm a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,85 μm a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,90 a cerca de 5,0 μm ou a partir de cerca de 0,95 μm a cerca de 0,5 μm ou a partir de cerca de 1,0 μm a cerca de 5,0 μm. Em determinadas modalidades, a aspereza de superfície é igual ou menor do que a cerca de 5,0 μm, por exemplo, igual ou menor do que a cerca de 4,5 μm ou igual ou menor do que a cerca de 4,0 μm ou igual ou menor do que a cerca de 3,5 μm ou Igual ou menor do que a cerca de 3,0 μm ou igual ou menor do que a cerca de 2,8 μm ou igual ou menor do que a cerca de 2,6 μm ou igual ou menor do que a cerca de 2,4 μm ou igual ou menor do que a cerca de 2,2 μm ou Igual ou menor do que a cerca de 2,0 μm ou igual ou menor do que a cerca de 1,8 μm ou igual ou menor do que a cerca de 1,6 μm ou igual ou menor do que a cerca de 1,4 μm ou igual ou menor do que a cerca de 1,2 μm ou igual ou menor do que a cerca de 1,0 μm.
[0025] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas tem uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,55 μm, por exemplo, pelo menos cerca de 0,6 μm ou pelo menos cerca de 0,65 μm ou pelo menos cerca de 0,7 μm ou pelo menos cerca de 0,75 μm ou pelo menos cerca de 0,8 μm ou pelo menos cerca de 0,85 μm ou pelo menos cerca de 0,9 μm ou pelo menos cerca de 0,95 μm ou pelo menos cerca de 1,0 μm ou pelo menos cerca de 1,05 μm ou pelo menos cerca de 1,1 μm ou pelo menos cerca de 1,15 μm ou pelo me- nos cerca de 1,2 μm ou pelo menos cerca de 1,25 μm ou pelo menos cerca de 1,3 μm ou pelo menos cerca de 1,35 μm ou pelo menos cerca de 1,4 μm ou pelo menos cerca de 1,45 μm ou pelo menos cerca de 1,5 μm ou pelo menos cerca de 1,55 μm ou pelo menos cerca de 1,6 μm ou pelo menos cerca de 1,65 μm ou pelo menos cerca de 1,7 μm ou pelo menos cerca de 1,75 μm ou pelo menos cerca de 1,8 μm ou pelo menos cerca de 1,85 μm ou pelo menos cerca de 1,9 μm ou pelo menos cerca de 1,95 μm ou pelo menos cerca de 2,0 μm ou pelo menos cerca de 2,05 μm ou pelo menos cerca de 2,1 μm ou pelo menos cerca de 2,15 μm ou pelo menos cerca de 2,15 μm ou cerca de 2,2 μm ou pelo menos cerca de 2,25 μm ou pelo menos cerca de 2,3 μm ou pelo menos cerca de 2,35 μm ou pelo menos cerca de 2,4 μm ou pelo menos cerca de 2,45 μm ou pelo menos cerca de 2,5 μm ou pelo menos cerca de ou pelo menos cerca de 2,6 μm ou pelo menos cerca de 2,65 μm ou pelo menos cerca de 2,7 μm ou pelo menos cerca de 2,75 μm ou pelo menos cerca de 2,8 μm ou pelo menos cerca de 2,85 μm ou pelo menos cerca de 2,9 μm ou pelo menos cerca de 2,95 μm ou pelo menos cerca de 3,0 μm.
[0026] Em determinadas modalidades, por exemplo, determinadasmodalidades do quinto aspecto, o meio de moagem em partículas tem uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 1,6 μm, por exemplo, a partir de cerca de 1,6 μm a cerca de 5,0 μm ou pelo menos cerca de 1,7 ou pelo menos cerca de 1,8 μm ou pelo menos cerca de 1,9 μm ou pelo menos cerca de 2,0 μm ou pelo menos cerca de 2,1 μm ou pelo menos cerca de 2,2 μm ou pelo menos cerca de 2,3 μm ou pelo menos cerca de 2,4 μm ou pelo menos cerca de 2,5 μm ou pelo menos cerca de 2,6 μm ou pelo menos cerca de 2,7 μm ou pelo menos cerca de 2,8 μm ou pelo menos cerca de 2,9 μm ou pelo menos cerca de 3,0 μm ou pelo menos cerca de 3,0 μm ou cerca de 3,1 μm ou pelo menos cerca de 3,2 μm ou pelo menos cerca de 3,3 μm ou pelo menos cerca de 3,4 μm ou pelo menos cerca de 3,5 μm ou pelo menos cerca de 3,6 μm ou pelo menos cerca de 3,7 μm ou pelo menos cerca de 3,8 μm ou pelo menos cerca de 3,9 μm ou pelo menos cerca de 4,0 μm. Em determinadas modalidades, a aspereza de superfície é igual ou menor do que a cerca de 5,0 μm, por exemplo, igual ou menor do que a cerca de 4,5 μm ou igual ou menor do que a cerca de 4,0 μm.
[0027] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas tem um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,10 a cerca de 0,50, por exemplo, a partir de cerca de 0,15 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,175 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,20 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,225 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,25 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,275 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,30 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,325 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,35 a cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,375 A cerca de 0,50 ou a partir de cerca de 0,40 a cerca de 0,50.
[0028] Em determinadas modalidades, o coeficiente médio de atrito é igual ou menor do que a cerca de 0,50, por exemplo, igual ou menor do que a cerca de 0,48, igual ou menor do que a cerca de 0,46, igual ou menor do que a cerca de 0,44 ou igual a ou menor do que a cerca de 0,42 ou igual ou menor do que a cerca de 0,40 ou igual ou menor do que a cerca de 0,39 ou igual ou menor do que a cerca de 0,38 ou igual ou menor do que a cerca de 0,37 ou igual ou menor do que a cerca de 0,36 ou igual ou menor do que a cerca de 0,35.
[0029] Em determinadas modalidades, o coeficiente médio de atrito é pelo menos cerca de 0,15, por exemplo, pelo menos cerca de 0,175 ou pelo menos cerca de 0,20 ou pelo menos cerca de 0,225 ou pelo menos cerca de 0,25 ou pelo menos cerca de 0,275 ou pelo menos cerca de 0,30.
[0030] Em determinadas modalidades, o meio de moagem tem uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 5,0 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,10 a cerca de 0,50, por exemplo, uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,75 μm a cerca de 5,0 μm e uma Um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,10 a cerca de 0,50 ou uma aspereza de superfície a partir de cerca de 1,0 μm a cerca de 5,0 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,10 a cerca de 0,50 ou uma aspereza de superfície a partir de cerca de 1. 0 μm a cerca de 5,0 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,10 a cerca de 0,50 ou uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 5,0 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,20 a cerca de 0,50 ou uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,5 μm e cerca de 5,0 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,25 a cerca de 0,50 ou uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,5 μm a cerca de 5,0 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,30 a cerca de 0,50 ou uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,75 μm a cerca de 4,0 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,20 a cerca de 0,40 ou uma aspereza de superfície a partir de cerca de 0,75 μm a cerca de 3,5 μm e um coeficiente médio de atrito a partir de cerca de 0,25 a cerca de 0,40.
[0031] Em determinadas modalidades, por exemplo, determinadasmodalidades do quinto aspecto, o meio de moagem em partículas tem um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,26, por exemplo, pelo menos cerca de 0,28 ou pelo menos cerca de 0,30 ou pelo menos cerca de ou pelo menos cerca de 0,32, pelo menos cerca de 0,36 ou pelo menos cerca de 0,36 ou pelo menos cerca de 0,38 ou pelo menos cerca de 0,40 ou pelo menos cerca de 0,42 ou pelo menos cerca de 0,44 ou pelo menos cerca de 0,46 ou pelo menos cerca de 0,46 ou pelo menos cerca de 0,46 ou pelo menos cerca de 0,48 ou pelo menos cerca de 0,50. Em determinadas modalidades, o coeficiente de atrito não é maior do que cerca de 0,80, por exemplo, não maior do que cerca de 0,75, não maior do que cerca de 0,70, não maior do que cerca de 0,65 ou não maior do que cerca de 0,60 ou não maior do que cerca de 0,55.
[0032] Em determinadas modalidades, após a conclusão da moagem, a aspereza de superfície do meio de moagem em partículas é pelo menos cerca de 90% da aspereza da superfície no início da moagem, por exemplo, pelo menos cerca de 92% da aspereza da superfície ou pelo menos cerca de 94% da aspereza da superfície ou pelo menos cerca de 96% da aspereza da superfície ou pelo menos cerca de 98% da aspereza da superfície ou pelo menos cerca de 99% da aspereza da superfície no início da moagem, conforme determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Conforme usado aqui, o termo "após a conclusão da moagem" se refere à condição do meio de moagem após uso em um método de acordo com o primeiro aspecto da invenção, isto é, um método para a fabricação de celulose microfi- brilada que compreende uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso que compreende celulose por meio de moagem na presença do meio de moagem, por exemplo, um método para a fabricação de celulose microfibrilada tendo uma inclinação de fibra de 20 a 50. O dito método pode ser conduzido na presença ou ausência de material inorgânico em partículas passível de trituração.
[0033] Em determinadas modalidades, após a conclusão da moagem, a aspereza de superfície é pelo menos a mesma que a aspereza de superfície no início da moagem, conforme determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas se desgasta ou se torna áspero durante a moagem de modo que, após a conclusão da moagem, a aspereza de superfície é maior do que a aspereza de superfície no início da moagem, conforme determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Por exemplo, em determinadas modalidades, a aspereza de superfície aumenta pelo menos cerca de 1% durante a moagem (isto é, a aspereza de superfície ao final do processo de moagem é pelo menos cerca de 1% maior do que a aspereza de superfície no início do processo de moagem) ou aumenta pelo menos cerca de 2% durante a moagem ou aumenta pelo menos 3% durante a moagem ou aumenta pelo menos 4% durante a moagem ou aumenta pelo menos 5% durante a moagem ou aumenta pelo menos 6% durante a moagem ou aumenta pelo menos 7% durante a moagem ou aumenta pelo menos 8% durante a moagem ou aumenta pelo menos 9% durante a moagem ou aumenta pelo menos 10% durante a moagem ou aumenta pelo menos 11% durante a moagem ou aumenta pelo menos 13% durante a moa-gem ou aumenta pelo menos em 13% durante a moagem ou aumenta em pelo menos 14% durante a moagem ou aumenta pelo menos 18% durante a moagem ou aumenta em pelo menos 18% durante a moagem ou aumenta pelo menos 19% durante a moagem ou aumenta a cerca de 20% durante a moagem. O fornecimento e uso de um meio de moagem que se desgasta ou se torna áspero (ou retém pelo menos 90% de sua aspereza de superfície inicial) durante a moagem é contrário ao meio de moagem convencional, o qual normalmente se torna mais liso durante a moagem. O fornecimento e uso de um meio de moagem que já tem uma aspereza de superfície maior do que aquela dos meios de moagem convencionais e que, além disso, desgasta du-rante o processo de moagem pode conferir benefícios adicionais tais como, por exemplo, economias contínuas na entrada de energia total durante o processo de moagem e/ou aprimoramentos adicionais em uma ou mais propriedades, por exemplo, uma propriedade de resistência da celulose microfibrilada e/ou produtos de papel (por exemplo, resistência à ruptura) que compreendem a celulose microfibrilada e/ou menos ou mesmo nenhuma necessidade de reabastecer o processo de moagem com meios de moagem frescos que têm a aspereza de superfície e/ou coeficiente de atrito requeridos.
[0034] Assim, em determinadas modalidades, é fornecido um método de fabricação de celulose microfibrilada por meio de microfibrila- ção de um substrato fibroso que compreende celulose através de moagem na presença de um meio de moagem em partículas conforme descrito aqui sem reabastecer o método com meios de moagem frescos em que, no início da moagem, o meio de moagem em partículas tem: (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm; ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10; ou tanto (i) quanto (ii).
[0035] Além disso, de acordo com determinadas modalidades, éfornecido um método de fabricação simultânea de (a) celulose microfi- brilada e (b) um meio de moagem em partículas áspero que compreende moagem de um substrato fibroso que compreende celulose através de moagem na presença de um meio de moagem em partículas, conforme descrito aqui o qual tem, no início da moagem: (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm; ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10; ou tanto (i) quanto (ii).
[0036] Alternativa ou adicionalmente, ainda vantajosamente, emdeterminadas modalidades, após a conclusão da moagem, o coeficiente médio de atrito é pelo menos cerca de 90% do coeficiente médio de atrito no início da moagem, por exemplo, pelo menos cerca de 92% do coeficiente médio de atrito no início da moagem ou pelo menos cerca de 94% do coeficiente médio de atrito no início da moagem ou pelo menos cerca de 96% do coeficiente médio de atrito no início da moagem ou pelo menos cerca de 98% do coeficiente médio de atrito no início da moagem ou pelo menos cerca de 99% do coeficiente médio de atrito no início da moagem, conforme determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Em determinadas modalidades, após a conclusão da moagem, o coeficiente médio de atrito é pelo menos igual à aspereza de superfície no início da moagem, conforme determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas desgasta durante a moagem de modo que, após a conclusão da moagem, o coeficiente médio de atrito é maior do que o coeficiente médio de atrito no início da moagem, conforme determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Por exemplo, em determinadas modalidades, o coeficiente médio de atrito aumenta pelo menos cerca de 1% durante a moagem ou aumenta pelo menos cerca de 2% durante a moagem ou aumenta pelo menos 3% durante a moagem ou aumenta pelo menos 4% durante a moagem ou aumenta pelo menos 6% durante a moagem ou aumenta pelo menos 7% durante a moagem ou aumenta pelo menos 8% durante a moagem ou aumenta pelo menos 9% durante a moagem ou aumenta pelo menos 10% durante a moagem ou aumenta pelo menos 11% durante a moagem ou aumenta pelo menos, 12% durante a moagem ou aumenta pelo menos 13% durante a moagem ou aumenta pelo menos 14% durante a moagem ou aumenta pelo menos 15% durante a moagem ou aumenta pelo menos 16% Pelo menos, 17% durante a moagem ou aumenta pelo menos 18% durante a moagem ou aumenta pelo menos 19% durante a moagem ou aumenta a cerca de 20% durante a moagem.
[0037] Será também compreendido que, em determinadas modalidades, um número relativamente pequeno de partículas (por exemplo, cinco ou menos partículas em uma amostra representativa de 100 partículas) tendo uma aspereza de superfície menor do que 0,5 μm e/ou um coeficiente médio menor do que 0,10 pode estar presente como um produto do processo pelo qual as partículas do meio de moagem são feitas ou manipuladas.
[0038] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em par- tículas tem uma gravidade específica a partir de cerca de 3,5 a cerca de 8,0, por exemplo, a partir de cerca de 3,5 a cerca de 7,0 ou a partir de cerca de 3,5 a cerca de 6,5 ou uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,6 ou pelo menos cerca de 3,7 ou pelo menos cerca de 3,8 ou pelo menos cerca de 3,9 ou pelo menos cerca de 4,0 ou pelo menos cerca de 4,1 ou pelo menos cerca de 4,2 ou pelo menos cerca de 4,3 ou pelo menos cerca de 4,4 ou pelo menos cerca de 4,5 ou pelo menos cerca de 4,6 ou pelo menos cerca de 4,7 ou pelo menos cerca de 4,8 ou pelo menos cerca de 4,9 ou pelo menos cerca de 5,0 ou pelo menos cerca de 5,1 ou pelo menos cerca de 5,2 ou pelo menos Cerca de 5,3 ou pelo menos cerca de 5,4 ou pelo menos cerca de 5,5 ou pelo menos cerca de 5,6 ou pelo menos cerca de 5,6 ou pelo menos cerca de 5,7 ou pelo menos cerca de 5,8 ou pelo menos cerca de 5,9 ou pelo menos cerca de 6,0. São preferidos graus específicos mais elevados, uma vez que tais meios de moagem têm uma tendência reduzida ou mesmo nenhuma de elutriar a partir do recipiente de moagem, por exemplo, um moinho de torre, durante a fabricação da celulose micro- fibrilada. Além disso, graus específicos mais elevados permitem um aumento na produtividade e uso da usina. Isto ocorre porque meios mais densos resultam em uma maior potência do motor (isto é, maior eficiência do motor); há mais energia transferida para as partículas por unidade de tempo dentro do volume de moedor quando se usa meios de maior gravidade específica. Como um resultado, o tempo para atingir uma energia ou tamanho de partícula alvo é reduzido.
[0039] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas compreende, consiste essencialmente em ou consiste em partículas com um tamanho de partícula na faixa a partir de cerca de 0,5 mm a cerca de 15 mm, por exemplo, a partir de cerca de 0,5 mm a cerca de 12 mm, por exemplo, a partir de cerca de 1 mm a cerca de 10 mm ou a partir de cerca de 1 mm a cerca de 8 mm ou a partir de cerca de 1 mm a cerca de 6 mm ou a partir de cerca de 1 mm a cerca de 5 mm ou a partir de cerca de 1 mm a cerca de 4 mm ou a partir de cerca de 1 mm a cerca de 3 mm. O termo "tamanho de partícula" usado neste contexto é entendido por aqueles versados na técnica como significando que as partículas passam através de uma peneira que tem um tamanho de abertura que corresponde ao tamanho das partículas. Assim, a título de exemplo, a passagem de partículas através de uma peneira com um tamanho de abertura de 8 mm produzirá partículas de meio de moagem com um tamanho de partícula não maior do que 8 mm. Similarmente, um meio de moagem que tem um tamanho de par-tícula a partir de cerca de 1 mm a cerca de 3 mm significa que o meio de moagem poderia ser obtido usando peneiras com tamanhos de abertura a partir de cerca de 1 mm (mínimo) e cerca de 3 mm (máximo), respectivamente.
[0040] O meio de moagem em partículas pode ser formado de material natural ou sintético, por exemplo, é formado de um material mineral, cerâmico ou metálico denso, duro adequado para uso como meio de moagem. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas é um meio de moagem cerâmico. Tais materiais incluem alumina, zircônia, silicato de zircônio, ítria, céria ou ítria e/ou zircônia estabilizada com céria e misturas dos mesmos. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas cerâmico pode ter uma estrutura compósita de mais de um material, por exemplo, alumina e zircônia ou alumina e silicato de zircônio ou alumina e mulita. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas não consiste exclusivamente em mulita. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas não contém mulita.
[0041] O meio de moagem em partículas pode ser formulado pararestringir o teor de SiO2 para um nível baixo específico, por exemplo, menos do que cerca de 4% em peso e, de preferência, não mais do que cerca de 2% em peso. O meio de moagem em partículas pode conter não mais do que 10 por cento em peso de óxido de ferro, por exemplo, não mais de 8% em peso de óxido de ferro ou mais de 6% em peso de óxido de ferro ou mais de 4% em peso de óxido de ferro ou não mais do que 2% em peso de óxido de ferro ou não mais do que 1% em peso de óxido de ferro.
[0042] Em determinadas modalidades dos primeiro ou segundoaspectos, o meio de moagem em partículas é um meio de moagem em partículas de acordo com o terceiro aspecto, conforme descrito em detalhes abaixo.
[0043] Os meios de moagem em partículas podem compreenderpartículas de qualquer formato adequado, por exemplo, esferas, grânulos, cilindros, péletes , hastes, discos, cubos, toroides, cones e assim por diante.
[0044] Em determinadas modalidades, os meios de moagem empartículas compreendem partículas substancialmente esféricas, por exemplo, esferas e/ou grânulos. Por exemplo, os meios de moagem podem compreender pelo menos 10% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender pelo menos 20% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender pelo menos 30% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender pelo menos 40% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender pelo menos 50% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender pelo menos 60% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender pelo menos 70% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender pelo menos 90% em peso de partículas substancialmente esféricas ou podem compreender essencialmente apenas (por exemplo, 95% em peso ou mais ou pelo menos 99% em peso de partículas substancialmente esféricas, em pe- so) de partículas substancialmente esféricas.
[0045] Em determinadas modalidades, o meio de moagem compreende partículas em formato de haste, por exemplo, partículas em formato de haste com uma relação entre eixos igual ou maior do que cerca de 2:1.
[0046] As partículas em formato de haste são corpos sólidos quetêm um eixo que percorre o comprimento do corpo sobre o qual é definida uma superfície externa e superfícies terminais opostas. A superfície externa e as superfícies terminais opostas definem juntas o corpo. Em determinadas modalidades, o eixo longitudinal é substancialmente retilíneo, pelo que queremos dizer que a linha que representa a menor distância entre as duas extremidades cai completamente dentro do corpo. Em outras modalidades, as partículas em formato de haste podem tomar um formato arqueado na qual o eixo é curvilíneo e a linha que representa a menor distância não cai completamente dentro do corpo. Misturas de corpos em formato de haste que têm um eixo retilíneo e corpos que têm um formato arqueado são consideradas, bem como as modalidades nas quais substancialmente todas (por exemplo 90% em peso ou 95% em peso ou 99% em peso) das partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais têm o formato retilíneo o formato arqueado.
[0047] Em determinadas modalidades, a seção transversal daspartículas em formato de haste é substancialmente constante ao longo do comprimento da partícula. Por "substancialmente constante" entenda-se que a dimensão principal da seção transversal não varia, por exemplo, em mais do que 20% ou mais do que 10% ou mais do que 5%. Em outra modalidade, a seção transversal das partículas em formato de haste varia ao longo do comprimento da partícula, por exemplo, em mais do que 20%. Por exemplo, o corpo da partícula em formato de haste pode tomar a forma de um cilindro no qual a seção transversal em cada uma das extremidades do corpo da partícula é menor do que uma seção transversal medida entre as extremidades; ou, por exemplo, o corpo da partícula em formato de haste pode assumir a forma de um cilindro inverso no qual a seção transversal em cada uma das extremidades da partícula é maior do que uma seção transversal medida entre as extremidades. O formato da seção transversal das partículas em formato de haste pode ser simétrica ou assimétrica. Por exemplo, o formato da seção transversal pode ser circular ou substancialmente circular ou pode ser substancialmente oval. Outros formatos incluem formatos angulares tais como triângulos, quadrados, retângulos, estrelas (cinco e seis pontas), diamantes, etc. O limite entre a superfície longitudinal externa e as superfícies terminais opostas pode ser angular, isto é, ser um limite afiado discreto ou não angular, isto é, arredondado. As superfícies terminais podem ser planas, convexas ou côncavas.
[0048] Conforme dito anteriormente, a relação entre eixos das partículas em formato de haste é, vantajosamente, 2:1 ou mais do que 2:1. A relação entre eixos deve ser entendida como a proporção entre a dimensão mais longa da partícula e a dimensão mais curta. Para as presentes finalidades, a dimensão mais longa é o comprimento axial das partículas em formato de haste. Quando a partícula tem uma seção transversal constante ao longo de seu comprimento, a dimensão mais curta, para fins de definição da relação entre eixos, é a maior dimensão da seção transversal que passa pelo centro geométrico da seção transversal da partícula. Quando a seção transversal varia ao longo do comprimento da partícula, a dimensão mais curta, para fins de definição da relação entre eixos, é a dimensão maior no ponto no qual a seção transversal é máxima. Quando a partícula tem uma se-ção transversal de formato irregular, a dimensão mais curta, para fins de definição da relação entre eixos, é a dimensão transversal máxima perpendicular ao eixo da partícula em formato de haste. Um exemplo de partículas em formato de haste adequadas para uso em determinadas modalidades da invenção são partículas com um eixo substancialmente retilíneo e uma seção transversal substancialmente circular.
[0049] Outro exemplo de partículas em formato de haste adequadas para uso em determinadas modalidades da invenção são partículas que têm um formato arqueado e uma seção transversal substancialmente circular. Em ambos estes exemplos, o limite entre a superfície longitudinal externa e as superfícies terminais opostas é arredondado e as extremidades são, em geral, planas ou convexas. Em determinadas modalidades, as partículas em formato de haste têm uma relação entre eixos de 2,5:1 ou mais do que 2,5:1 ou uma relação entre eixos de 3:1 ou mais do que 3:1 ou uma relação entre eixos de 4:1 ou mais do que 4:1 ou uma relação entre eixos de 5:1 ou mais do que 5:1 ou uma relação entre eixos de 6:1 ou mais do que 6:1. A relação entre eixos pode ser 10:1 ou menor do que 10:1 ou pode ser 9:1 ou menor do que 9:1 ou pode ser 8:1 ou menor do que 8:1 ou pode ser 7:1 ou menor do que 7:1 ou pode ser 6:1 ou menor do que 6:1 ou pode ser 5:1 ou menor do que 5:1. A relação entre eixos pode estar na faixa de 2:1 a 10:1 ou pode estar na faixa de 2:1 a 5:1 ou pode estar na faixa de 3:1 a 8:1 ou pode estar na faixa de faixa de 3:1 a 6:1.
[0050] Em determinadas modalidades, o comprimento axial daspartículas em formato de haste varia a partir de cerca de 1 mm a cerca de 5 mm ou a partir de cerca de 2 mm a cerca de 4 mm. Em uma outra modalidade, o comprimento da haste é menor do que a cerca de 3 mm.
[0051] Em determinadas modalidades, os meios de moagem podem compreender (isto é, além das partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais) outras partículas selecionadas a partir de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos menor do que 2:1 e partículas que tem outros formatos, tais como esferas, cilindros, cubos, discos, toroides, cones e assim por diante. Por exemplo, os meios de moagem podem compreender pelo menos 10% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou podem compreender pelo menos 20% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender pelo menos 30% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender pelo menos 40% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender pelo menos 50% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender pelo menos 60% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender pelo menos 70% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender pelo menos 80% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender pelo menos 90% em peso de partículas em formato de haste com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais ou pode compreender essencialmente apenas (por exemplo, 95% em peso ou mais) partículas com uma relação entre eixos de 2:1 ou mais. Será ainda compreendido que, em determinadas modalidades da invenção, um número relativamente pequeno de partículas moldadas com uma relação entre eixos menor do que 2:1 pode estar presente como um subproduto do processo pelo qual as partículas são feitas ou manipuladas. Similarmente, podem ser adicionadas ao processo de moagem partículas em formato de haste com uma relação entre eixos relativamente elevada tal como, por exemplo, maior do que cerca de 10:1, caso no qual estas hastes podem se adaptar ao seu próprio comprimento preferido durante o processo de moagem. Também será compreendido que, à medida que o processo de moagem progride, o formato de pelo menos algumas das partículas em formato de haste pode evoluir, de modo que as extremidades arredondam e a relação entre eixos diminui e, em alguns casos, partículas virgens em formato de haste podem eventualmente se tornar pequenas esferas, de modo que um moinho maduro típico pode conter hastes, hastes desgastadas e mesmo esferas. Assim, uma amostra "trabalhada" de partículas em formato de haste que originalmente tinham uma relação entre eixos de pelo menos 2:1 ou mais pode conter uma maioria (se trabalhada o bastante) de partículas de formato um pouco diferente em relação às partículas em formato de haste compreendi-das no meio virgem. O moinho pode ser reabastecido com meio fresco que compreende partículas em formato de haste que tem uma relação entre eixos de 2:1 ou mais.
[0052] O substrato fibroso que compreende celulose pode ser derivado de qualquer fonte adequada, tal como madeira, ervas, gramí- neas (por exemplo, cana-de-açúcar, bambu) ou fibrosas (por exemplo, resíduos têxteis, algodão, cânhamo ou linho). O substrato fibroso que compreende celulose pode estar na forma de uma polpa (isto é, uma suspensão de fibras de celulose em água), a qual pode ser preparada por meio qualquer tratamento químico ou mecânico adequado ou combinação dos mesmos. Por exemplo, a polpa pode ser uma pasta química ou uma polpa quimiotermomecânica ou uma polpa mecânica ou uma polpa reciclada ou uma quebra de moinho de papel ou uma corrente residual de moinho de papel ou resíduos de um moinho de papel ou uma combinação dos mesmos. A polpa de celulose pode ser batida (por exemplo, em um batedor Valley) e/ou de outro modo refinada (por exemplo, processamento em um refinador cônico ou de placa) até qualquer drenabilidade predeterminada, reportado na técnica como Canadian Standard Freeness (CSF) em cm3. CSF significa um valor para a drenabilidade ou taxa de drenagem de polpa medido pela taxa que uma suspensão de polpa pode ser drenada. Por exemplo, a polpa de celulose pode ter um Canadian Standard Freeness a partir de cerca de 10 cm3 ou maior antes de ser microfibrilada. A polpa de celulose pode ter um CSF a partir de cerca de 700 cm3 ou menor, por exemplo, igual ou menor do que a cerca de 650 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 600 cm3, igual ou menor do que a cerca de 550 cm3 ou igual ou menor do que cerca de 500 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 450 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 400 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 350 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 300 cm3 ou igual ou menor do que cerca de 250 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 200 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 150 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 100 cm3 ou igual ou menor do que a cerca de 50 cm3. A polpa de celulose pode, então, ser desidratada por meio de métodos bem conhecidos na técnica, por exemplo, a polpa pode ser filtrada através de uma peneira para se obter uma folha úmida que compreende pelo menos cerca de 10% de sólidos, por exemplo, pelo menos cerca de 15% de sólidos ou pelo menos cerca de 20% de sólidos ou pelo menos cerca de 30% de sólidos ou pelo menos cerca de 40% de sólidos. A polpa pode ser usada em um estado não refinado, isto é, sem ser batida ou desidratada ou de outro modo refinada.
[0053] A etapa de microfibrilação pode ser realizada em qualquerdispositivo adequado incluindo, porém sem limitações, um refinador. Em uma modalidade, a etapa de microfibrilação é conduzida em um recipiente de moagem. A etapa de microfibrilação pode ser realizada em um ambiente aquoso, isto é, sob condições de moagem a úmido. Em outra modalidade, a etapa de microfibrilação é realizada em um homogeneizador.
[0054] Em determinadas modalidades, o processo de microfibrila- ção, por exemplo, a moagem, é realizado na presença de material inorgânico em partículas moído. Em determinadas modalidades, a moagem é realizada na ausência de material inorgânico em partículas moído.
[0055] O meio de moagem pode estar presente em uma quantidade a cerca de 70% em volume da carga. Os meios de moagem podem estar presentes em uma quantidade de pelo menos cerca de 10% em volume da carga, por exemplo, pelo menos cerca de 20% em volume da carga ou pelo menos cerca de 30% em volume da carga ou pelo menos cerca de 40% em volume da carga ou pelo menos cerca de 50% em volume da carga ou pelo menos cerca de 60% em volume da carga. Em determinadas modalidades, o meio de moagem está presente em uma quantidade a partir de cerca de 30 a cerca de 70% em volume da carga, por exemplo, a partir de cerca de 40 a cerca de 60% em volume da carga, por exemplo, a partir de cerca de 45 a cerca de 55% em volume da carga.
[0056] Por "carga" entenda-se a composição a qual é a alimentação alimentada ao recipiente do moedor. A carga inclui água (quando presente), meios de moagem, substrato fibroso que compreende celulose e material inorgânico em partículas (quando presente) e quaisquer outros aditivos opcionais (quando presentes) conforme descrito aqui.
[0057] A moagem pode ser realizada em um moinho vertical ouem um moinho horizontal.
[0058] Em determinadas modalidades, a moagem é realizada emum recipiente de moagem, tal como um moinho de rotação (por exemplo, haste, esfera e autógeno), um moinho com agitação (por exemplo, SAM ou IsaMill),um moinho de torre,um detritor de meio agitado (SMD), ou um recipiente de moagem que compreende placas de moagem paralelas rotativas entre as quais é alimentada a alimentação a ser moída.
[0059] Em uma modalidade, o recipiente de moagem é um moinhovertical, por exemplo, um moinho agitado ou um detritor de meio agitado ou um moinho de torre.
[0060] O moinho vertical pode compreender uma peneira acima deuma ou mais zonas de moagem. Em uma modalidade, uma peneira está localizada adjacente a uma zona quiescente e/ou a um classificador. A peneira pode ser dimensionada para separar meios de moagem da suspensão aquosa de produto que compreende celulose microfibri- lada e material inorgânico em partículas e aumentar a sedimentação do meio de moagem.
[0061] Em uma modalidade, o recipiente de moagem é um moinhode torre. O moinho de torre pode compreender uma zona quiescente acima de uma ou mais zonas de moagem. Uma zona quiescente é uma região localizada em direção à parte superior do interior do moinho de torre na qual ocorre moagem mínima ou nenhuma e compreende celulose microfibrilada e material inorgânico em partículas (quando presente). A zona quiescente é uma região na qual as partículas do meio de moagem se sedimentam em uma ou mais zonas de moagem do moinho de torre.
[0062] O moinho de torre pode compreender um eixo propulsorvertical equipado com uma série de discos de rotor de rotor ao longo de todo o seu comprimento. A ação dos discos do rotor do propulsor cria uma série de zonas de moagem distintas ao longo do moinho.
[0063] O moinho de torre pode compreender um classificador acima de uma ou mais zonas de moagem. Em uma modalidade, o classificador é montado na parte superior e localizado adjacente a uma zona quiescente. O classificador pode ser um hidrociclone.
[0064] O moinho de torre pode compreender uma peneira acimade uma ou mais zonas de moagem. Em uma modalidade, uma peneira está localizada adjacente a uma zona quiescente e/ou a um classificador. A peneira pode ser dimensionada para separar meios de moagem da suspensão aquosa de produto que compreende celulose microfibri- lada e (quando presente) material inorgânico em partículas e aumentar a sedimentação do meio de moagem.
[0065] Em outra modalidade, a moagem é realizada em um moinho com peneira, por exemplo, um detritor de meio agitado. O moinho com peneira pode compreender uma ou mais peneiras dimensionadas para separar meios de moagem da suspensão aquosa de produto que compreende celulose microfibrilada e material inorgânico em partículas. O moinho com peneira pode compreender uma ou mais peneiras que têm um tamanho de abertura nominal de pelo menos cerca de 250 μm, por exemplo, uma ou mais peneiras podem ter um tamanho de abertura nominal de pelo menos cerca de 300 μm ou pelo menos cerca de 350 μm ou pelo menos cerca de 400 μm ou pelo menos cerca de 450 μm ou pelo menos cerca de 500 μm ou pelo menos cerca de 550 μm ou pelo menos cerca de 600 μm ou pelo menos cerca de 650 μm ou pelo menos cerca de 700 ou pelo menos cerca de 750 μm ou pelo menos cerca de 800 μm ou pelo menos cerca de 850 μm ou pelo menos cerca de 900 μm ou pelo menos cerca de 1000 μm ou pelo menos cerca de 1250 μm ou pelo menos cerca de 1500 Mm. Em determinadas modalidades, o moinho com peneira pode compreender uma ou mais peneiras que têm um tamanho de abertura nominal de até cerca de 4000 μm, por exemplo, até cerca de 3500 μm ou até cerca de 3000 μm ou até cerca de 2500 μm ou até cerca de 2000 μm.
[0066] Em determinadas modalidades, pelo menos cerca de 5%em peso do teor inicial de sólidos pode ser um substrato fibroso que compreende celulose, por exemplo, pelo menos cerca de 10% ou pelo menos cerca de 15% ou pelo menos cerca de 20% em peso do teor de sólidos original pode ser um substrato fibroso que compreende celulo- se.
[0067] Conforme descrito aqui, a quantidade total de energia usada no método (isto é, entrada de energia total) pode ser menor do que aquela usada em um método comparável no qual o meio de moagem em partículas tem, no início da moagem (i) uma aspereza de superfície a qual é menos áspera e/ou (ii) um coeficiente médio de atrito menor do que aquele requerido pelo método do primeiro aspecto da presente invenção. Como tal, os presentes inventores descobriram, surpreendentemente, que uma polpa de celulose pode ser microfibrilada em uma entrada de energia relativamente menor quando ela é moída na presença de meio de moagem em partículas que tem i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii). Em outras palavras, o meio de moagem em partículas pode ser usado para reduzir a entrada de energia por quantidade unitária de celulose microfibrilada produzida. Além disso, conforme descrito acima, em de-terminadas modalidades, o uso de um meio de moagem em partículas que tem i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii) pode melhorar uma ou mais propriedades da celulose microfibrilada, por exemplo, uma propriedade de resistência da celulose microfibrilada e/ou produtos de papel (por exemplo, resistência à ruptura) que compreendem a celulose microfibrilada.
[0068] Quando presente, o material inorgânico em partículas podeser, por exemplo, um carbonato ou sulfato de metal alcalinoterroso, tal como carbonato de cálcio, carbonato de magnésio, dolomita, gesso, uma argila de candita hidratada tal como caulim, haloisita ou argila esférica), argila de candita anidra, tal como metacaulim ou caulim, talco, mica, perlita ou terra diatomácea totalmente calcinada ou hidróxido de magnésio ou tri-hidrato de alumínio ou combinações dos mesmos.
[0069] Em determinadas modalidades, o material inorgânico empartículas compreende ou é carbonato de cálcio. Daqui em diante, de-terminadas modalidades da invenção podem tender a ser discutidas em termos de carbonato de cálcio e em relação a aspectos nos quais o carbonato de cálcio é processado e/ou tratado. A invenção não deve ser interpretada como estando limitada a tais modalidades.
[0070] O carbonato de cálcio em partículas usado em determinadas modalidades da presente invenção pode ser obtido a partir de uma fonte natural através de moagem. O carbonato de cálcio moído (Ground Calcium Carbonate - GCC) é, tipicamente, obtido por meio de esmagamento e depois moagem de uma fonte mineral tal como giz, mármore ou calcário, o que pode ser seguido por uma etapa de classificação de tamanho de partícula para se obter um produto com o grau de finura desejado. Outras técnicas tais como branqueamento, flota- ção e separação magnética podem também ser usados para obter um produto com o grau desejado de finura e/ou cor. O material sólido em partículas pode ser moído de forma autógena, isto é, por meio de atrito entre as partículas do próprio material sólido ou, alternativamente, na presença de um meio de moagem em partículas que compreende partículas de um material diferente do carbonato de cálcio a ser moído. Estes processos podem ser realizados com ou sem a presença de um dispersante e biocidas, os quais podem ser adicionados em qualquer estágio do processo.
[0071] O carbonato de cálcio precipitado (Precipitated CalciumCarbonate - PCC) pode ser usado como a fonte de carbonato de cálcio em partículas em determinadas modalidades da presente invenção e pode ser produzido por meio de qualquer um dos métodos conhecidos disponíveis na técnica. TAPPI Monograph Series No 30, "Paper Coating Pigments", páginas 34-35 descreve os três processos comerciais principais para preparar carbonato de cálcio precipitado que é ade- quado para uso na preparação de produtos para uso na indústria de papel, mas também pode ser usado na prática de determinadas modalidades da presente invenção. Em todos os três processos, um material de alimentação de carbonato de cálcio, tal como calcário, é primeiro calcinado para produzir cal viva e a cal viva é, então, apagada em água para produzir hidróxido de cálcio ou leite de cal. No primeiro processo, o leite de cal é diretamente carbonado com dióxido de carbono gasoso. Este processo tem a vantagem de não se formar qualquer subproduto e é relativamente fácil de controlar as propriedades e a pureza do produto de carbonato de cálcio. No segundo processo, o leite de cal é contatado com carbonato de sódio para produzir, por meio de decomposição dupla, um precipitado de carbonato de cálcio e uma so-lução de hidróxido de sódio. O hidróxido de sódio pode ser substancialmente separado completamente do carbonato de cálcio se este processo for usado comercialmente. No terceiro processo comercial principal, o leite de cal é primeiro contatado com cloreto de amônio para fornecer uma solução de cloreto de cálcio e amônia gasosa. A solução de cloreto de cálcio é, então, contatada com carbonato de sódio para produzir por carbonato de cálcio precipitado com decomposição dupla e uma solução de cloreto de sódio. Os cristais podem ser produzidos em uma variedade de diferentes formatos e tamanhos, dependendo do processo de reação específico que é usado. As três formas principais de cristais de PCC são aragonita, romboédrica e escalenoédrica, todas as quais são adequadas para uso em determinadas modalidades da presente invenção, incluindo misturas das mesmas.
[0072] A moagem a úmido de carbonato de cálcio envolve a formação de uma suspensão aquosa do carbonato de cálcio que pode, então, ser moída, opcionalmente na presença de um agente disper- sante adequado. Referência pode ser feita, por exemplo, ao documento EP-A-614948 (cujo conteúdo é incorporado por referência na ínte- gra) para obter mais informações sobre a moagem a úmido de carbonato de cálcio.
[0073] Em algumas circunstâncias, podem incluir-se pequenasadições de outros minerais, por exemplo, um ou mais de caulim, caulim calcinado, wollastonita, bauxita, talco ou mica.
[0074] Quando o material inorgânico em partículas é obtido a partirde fontes que ocorrem naturalmente, pode ser que algumas impurezas minerais contaminem o material moído. Por exemplo, o carbonato de cálcio que ocorre naturalmente pode estar presente em associação com outros minerais. Assim, em algumas modalidades, o material inorgânico em partículas inclui uma quantidade de impurezas. Contudo, em geral, o material inorgânico em partículas usado em determinadas modalidades da invenção conterá menos do que cerca de 5% em peso, de preferência menos do que cerca de 1% em peso de outras impurezas minerais.
[0075] O material inorgânico em partículas pode ter uma distribuição de tamanho de partícula de modo que pelo menos cerca de 10% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 20% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 30% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 40% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 50% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 60% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 70% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 80% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 90% em peso, por exemplo, pelo menos cerca de 95% em peso, ou, por exemplo, cerca de 100% das partículas têm um e.s.d. menor do que 2 μm.
[0076] Em determinadas modalidades, pelo menos cerca de 50%em peso das partículas têm um e.s.d. menor do que 2 μm, por exemplo, pelo menos cerca de 55% em peso das partículas têm um e.s.d. menor do que 2 μm ou pelo menos cerca de 60% em peso das partículas têm um e.s.d. menor do que 2 μm.
[0077] A menos que indicado de outro modo, as propriedades detamanho de partícula citadas aqui para os materiais inorgânicos em partículas são medidas de uma maneira bem conhecida por meio de sedimentação do material em partículas em uma condição totalmente dispersa em um meio aquoso usando uma máquina Sedigraph 5100 conforme fornecido pela Micromeritics Instruments Corporation, Norcross, Geórgia, EUA (site: www.micromeritics.com), aqui dita como uma "unidade Micromeritics Sedigraph 5100". Tal máquina permite medições e um gráfico da percentagem cumulativa em peso de partículas com um tamanho, dito na técnica como o "diâmetro esférico equivalente" (equivalent spherical diameter - e.s.d), menor do que os valores de e.s.d fornecidos. O tamanho médio de partícula d50 é o valor determinado deste modo do e.s.d de partícula no qual há 50% em peso das partículas que têm um diâmetro esférico equivalente menor do que o valor d50.
[0078] Alternativamente, quando indicado, as propriedades de tamanho de partícula citadas aqui para os materiais inorgânicos em partículas são medidas pelo método convencional bem conhecido usado na técnica de dispersão de luz de laser usando uma máquina Malvern Mastersizer S fornecida pela Malvern Instruments Ltda. (ou outros métodos que fornecem essencialmente o mesmo resultado). Na técnica de dispersão de luz de laser, o tamanho de partícula em pós, suspensões e emulsões pode ser medido usando a difração de um feixe de laser, com base em uma aplicação da teoria de Mie. Tal máquina permite medições e um gráfico da percentagem cumulativa em volume de partículas com um tamanho, dito na técnica como o "diâmetro esférico equivalente" (e.s.d), menor do que os valores de e.s.d fornecidos. O tamanho médio de partícula d50 é o valor determinado deste modo do e.s.d da partícula no qual há 50% em volume das partículas que têm um diâmetro esférico equivalente menor do que tal valor d50.
[0079] Assim, em outra modalidade, o material inorgânico em partículas pode ter uma distribuição de tamanho de partícula, medida por meio do método convencional bem conhecido usado na técnica de dispersão de luz de laser, de modo que pelo menos cerca de 10% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 20% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 30% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 40% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 50% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 60% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 70% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 80% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 90% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 95% em volume ou, por exemplo, cerca de 100% em volume das partículas têm um e.s.d. de menos de 2μm.
[0080] Em determinadas modalidades, pelo menos cerca de 50%em volume das partículas têm um e.s.d. menor do que 2 μm, por exemplo, pelo menos cerca de 55% em volume das partículas têm um e.s.d. menor do que 2 μm ou pelo menos cerca de 60% em volume das partículas têm um e.s.d. menor do que 2 μm.
[0081] Os detalhes do procedimento que pode ser usado para caracterizar as distribuições de tamanho de partícula de misturas de materiais inorgânicos em partículas e celulose microfibrilada usando o método convencional bem conhecido empregado na técnica de dispersão de luz de laser são fornecidos no documento WO-A-2010/131016 na página 40, linha 32 à página 41, linha 34, cujo conteúdo total é aqui incorporado por referência.
[0082] Outro material inorgânico em partículas preferido para usono método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção é a argila de caulim. Daqui em diante, esta seção do relatório descritivo pode tender a ser discutida em termos de caulim e em relação a aspectos nos quais o caulim é processado e/ou tratado. A invenção não deve ser interpretada como estando limitada a tais modalidades. Assim, em algumas modalidades, caulim é usado em uma forma não processada.
[0083] A argila de caulim usada em determinadas modalidades dapresente invenção pode ser um material processado derivado de uma fonte natural, principalmente o mineral de argila de caulim natural bruto. A argila de caulim processada pode conter, tipicamente, pelo menos cerca de 50% em peso de caulinita. Por exemplo, a maior parte das argilas de caulim processadas comercialmente contêm mais do que cerca de 75% em peso de caulinita e podem conter mais do que cerca de 90%, em alguns casos, mais do que cerca de 95% em peso de caulinita.
[0084] A argila de caulim usada na presente invenção pode serpreparada a partir do mineral de argila de caulim natural bruto por meio de um ou mais outros processos que são bem conhecidos por aqueles versados na técnica, por exemplo, através de etapas de refino ou beneficiamento conhecidas.
[0085] Por exemplo, o mineral de argila pode ser branqueado comum agente de branqueamento redutor, tal como hidrossulfito de sódio. Se usando hidrossulfito de sódio, o mineral de argila branqueado pode opcionalmente ser desidratado e opcionalmente lavado e novamente opcionalmente desidratado, após a etapa de branqueamento com hi- drossulfito de sódio.
[0086] O mineral de argila pode ser tratado para remover impurezas, por exemplo, por meio de métodos de floculação, flotação ou separação magnética bem conhecidos na técnica. Alternativamente, o mineral de argila usado no primeiro aspecto da invenção pode não ser tratado na forma de um sólido ou como uma suspensão aquosa.
[0087] O processo para preparar a argila de caulim em partículasusada em determinadas modalidades da presente invenção pode tam- bém incluir uma ou mais etapas de fragmentação, por exemplo, moagem ou trituração. Fragmentação leve de um caulim grosseiro é usada para permitir uma delaminação adequada do mesmo. A moagem pode ser realizada usando um auxiliar de moagem ou trituração de esferas ou grânulos de um plástico (por exemplo, náilon), areia ou cerâmica. O caulim grosseiro pode ser refinado para remover as impurezas e melhorar as propriedades físicas usando procedimentos bem conhecidos. A argila de caulim pode ser tratada por meio de um processo de classificação de tamanho de partícula conhecido, por exemplo, peneiramen- to e centrifugação (ou ambos), para se obter partículas que têm um valor de d50 ou distribuição de tamanho de partícula desejada.
[0088] As quantidades relativas de material inorgânico em partículas e material celulósico, incluindo a celulose microfibrilada, podem variar em uma proporção a partir de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 0,5:99,5, com base no peso seco de material inorgânico em partículas e material celulósico, por exemplo, uma proporção a partir de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 50:50 com base no peso seco de material inorgânico em partículas e material celulósico, por exemplo, a proporção da quantidade de material inorgânico em partículas e material celulósico pode ser a partir de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 70:30. Em determinadas modalidades, a proporção de material inorgânico em partículas em relação ao material celulósico é a partir de cerca de 80:20 ou, por exemplo, cerca de 85:15 ou cerca de 90:10 ou cerca de 91:9 ou cerca de 92:8 ou cerca de 93:7 ou cerca de 94:6 ou cerca de 95:5 ou cerca de 96:4 ou cerca de 97:3 ou cerca de 98:2 ou cerca de 99:1.
[0089] Em determinadas modalidades, a celulose microfibriladaque pode ser obtida por meio do método do primeiro aspecto compreende até cerca de 80% em peso de água, por exemplo, até cerca de 75% de água ou até cerca de 70% ou até cerca de 65% em peso de água ou até cerca de 60% em peso de água ou até cerca de 55% em peso de água ou até cerca de 50% em peso de água ou até cerca de 45% em peso de água ou até cerca de 40% em peso de água ou até cerca de 35% em peso de água ou até cerca de 30% em peso de água ou até cerca de 25% em peso de água.
[0090] Em determinadas modalidades, a celulose microfibriladaque pode ser obtida por meio do método do primeiro aspecto compreende a partir de cerca de 50 a cerca de 70% em peso de água, por exemplo, a partir de cerca de 55 a cerca de 65% em peso de água ou a partir de cerca de 60 a cerca de 70% em peso de água ou a partir de cerca de 60 a cerca de 65% em peso de água ou a partir de cerca de 65 a cerca de 70% em peso de água.
[0091] A celulose microfibrilada que pode ser obtida por meio dométodo do primeiro aspecto pode compreender outros aditivos opcionais incluindo, porém sem limitações, dispersantes, biocidas, auxiliares de suspensão, sal(is) e outros aditivos, por exemplo, amido ou carbo- ximetilcelulose ou polímeros, os quais podem facilitar a interação de partículas minerais e fibras.
[0092] Em determinadas modalidades nas quais está presente ummaterial inorgânico em partículas passível de trituração, o substrato fibroso que compreende celulose e material inorgânico em partículas está presente no ambiente aquoso com um teor inicial de sólidos de pelo menos cerca de 2% em peso, dos quais pelo menos cerca de 2% em peso é substrato fibroso que compreende celulose, por exemplo, um teor inicial de sólidos a partir de cerca de 2% em peso a cerca de 20% em peso ou a partir de cerca de 4% em peso a cerca de 15% em peso ou a partir de cerca de 5% em peso a cerca de 12% em peso ou a partir de cerca de 7% em peso a cerca de 10% em peso. Em tais modalidades, pelo menos cerca de 5% em peso do teor inicial de sólidos pode ser um substrato fibroso que compreende celulose, por exemplo, pelo menos cerca de 10% ou pelo menos cerca de 15% ou pelo menos cerca de 20% em peso do teor de sólidos inicial pode ser um substrato fibroso que compreende celulose. Em determinadas modalidades, não mais do que cerca de 40% em peso do teor inicial de sólidos é um substrato fibroso que compreende celulose, por exemplo, não mais do que cerca de 30% em peso do teor inicial de sólidos é um substrato fibroso que compreende celulose ou não mais do que cerca de 25% em peso do teor inicial de sólidos é um substrato fibroso que compreende celulose.
[0093] O processo de moagem pode incluir uma etapa de pré-moagem na qual as partículas inorgânicas grosseiras são moídas em um recipiente do moedor até uma distribuição de tamanho de partículas predeterminada, após o que o material fibroso que compreende celulose é combinado com o material inorgânico em partículas pré- moído e a moagem continua no mesmo ou em um recipiente de moagem diferente, até que o nível desejado de microfibrilação tenha sido obtido.
[0094] Uma vez que a suspensão do material a ser moído podeser de uma viscosidade relativamente elevada, pode ser adicionado à suspensão um agente dispersante adequado antes ou durante a moagem. O agente dispersante pode ser, por exemplo, um fosfato condensado solúvel em água, um ácido polissilícico ou um sal do mesmo ou um polieletrólito, por exemplo, um sal solúvel em água de um ácido (poli)acrílico ou um ácido (poli)metacrílico com um peso molecular numérico médio não maior do que 80.000. A quantidade de agente dis- persante usada estaria, em geral, na faixa de 0,1 a 2,0% em peso, com base no peso do material inorgânico sólido em partículas seco. A suspensão pode, adequadamente, ser moída em uma temperatura na faixa de 4 °C a 100 °C.
[0095] Outros aditivos que podem ser incluídos durante a etapa demicrofibrilação incluem: carboximetilcelulose, carboximetilcelulose an- fotérica, agentes oxidantes, 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxila (TEMPO), derivados de TEMPO e enzimas degradantes da madeira.
[0096] Em determinadas modalidades, o produto do processo étratado para remover pelo menos uma porção ou substancialmente toda a água para formar um produto parcialmente seco ou essencialmente seco completamente. Por exemplo, pelo menos cerca de 10% em volume, por exemplo, pelo menos cerca de 20% em volume ou pelo menos cerca de 30% em volume ou pelo menos cerca de 40% em volume ou pelo menos cerca de 50% em volume ou pelo menos cerca de 60% em volume ou pelo menos cerca de 70% em volume ou pelo menos cerca de 80% em volume ou pelo menos cerca de 90% em volume ou pelo menos cerca de 100% em volume de água no produto do processo de moagem pode ser removido. Pode ser usada qualquer técnica adequada para remover a água do produto incluindo, por exemplo, drenagem por gravidade ou assistida a vácuo, com ou sem prensagem ou evaporação ou filtração ou uma combinação destas técnicas. O produto parcialmente seco ou essencialmente seco completamente compreenderá celulose microfibrilada e, opcionalmente, material inorgânico em partículas e quaisquer outros aditivos opcionais que possam ter sido adicionados antes da secagem. O produto parcialmente seco ou essencialmente seco completamente pode ser armazenado ou embalado para venda. O produto parcialmente seco ou essencialmente seco completamente pode ser opcionalmente reidratado e incorporado em composições para fabricação de papel e outros produtos de papel, conforme descrito aqui.
[0097] O substrato fibroso que compreende celulose pode ser mi-crofibrilado na presença de um material inorgânico em partículas para se obter celulose microfibrilada que tem um tamanho d50 que varia a partir de cerca de 5 a μm cerca de 500 μm, medida por dispersão de luz de laser. O substrato fibroso que compreende celulose pode ser microfibrilado na presença de um material inorgânico em partículas para se obter celulose microfibrilada com um tamanho d50 igual ou menor do que cerca de 400 μm, por exemplo, igual ou menor do que cerca de 300 μm ou igual ou menor do que cerca de 200 μm ou igual ou menor do que cerca de 150 μm ou igual ou menor do que cerca de 125 μm ou igual ou menor do que cerca de 100 μm ou igual ou menor do que cerca de 90 μm, igual ou menor do que cerca de 80 μm ou igual ou menor do que cerca de 70 μm ou igual ou menor do que cerca de 60 μm ou igual ou menor do que cerca de 50 μm ou igual ou menor do que cerca de 40 μm ou igual ou menor do que cerca de 30 μm ou igual ou menor do que cerca de 20 μm ou igual ou menor do que cerca de 10 μm.
[0098] O substrato fibroso que compreende celulose pode ser mi-crofibrilado na presença de um material inorgânico em partículas para obter celulose microfibrilada que tem um tamanho de partícula de fibra modal que varia a partir de cerca de 0,1-500 μm e um tamanho de partícula de material inorgânico modal que varia a partir de 0,25-20 μm. O substrato fibroso que compreende celulose pode ser microfibrilado na presença de um material inorgânico em partículas para se obter celulose microfibrilada que tem um tamanho de partícula de fibra modal de pelo menos cerca de 0,5 μm, por exemplo, pelo menos cerca de 10 μm ou pelo menos cerca de 50 μm ou pelo menos cerca de 100 μm ou pelo menos cerca de 150 μm ou pelo menos cerca de 200 μm ou pelo menos cerca de 300 μm ou pelo menos cerca de 400 μm.
[0099] O substrato fibroso que compreende celulose pode ser mi-crofibrilado na presença de um material inorgânico em partículas para se obter celulose microfibrilada com uma inclinação da fibra igual ou maior do que cerca de 10, medida por um Malvern. A inclinação da fibra (isto é, a inclinação da distribuição de tamanho de partícula das fibras) é determinada pela fórmula a seguir:
[00100] A celulose microfibrilada pode ter uma inclinação da fibra igual ou menor do que cerca de 100. A celulose microfibrilada pode ter uma inclinação da fibra igual ou menor do que cerca de 75 ou igual ou menor do que cerca de 50 ou igual ou menor do que cerca de 40 ou igual a ou menor do que cerca de 30. A celulose microfibrilada pode ter uma inclinação de fibra a partir de cerca de 20 a cerca de 50 ou a partir de cerca de 25 a cerca de 40 ou a partir de cerca de 25 a cerca de 35 ou a partir de cerca de 30 a cerca de 40.
[00101] Um procedimento adequado para caracterizar a distribuição de tamanho das partículas de celulose microfibrilada e misturas de material inorgânico em partículas e celulose microfibrilada está descrito no documento WO-A-2010/131016, na página 40, linha 32 à página 41 da linha, 34.Meio de moagem de acordo com os terceiro, quarto e quinto aspectos, opcionalmente para uso nos primeiro e segundo aspectos
[00102] O meio de moagem em partículas cerâmico do terceiro aspecto tem (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii). O meio de moagem é formado através de sinte- rização de uma composição que compreende pelo menos um de zir- cônia (ZrO2), por exemplo, zircônia estabilizada em cério e alumina (Al2O3).
[00103] Em determinadas modalidades, a composição compreende zircônia (ZrO2), o que significa que o meio de moagem em partículas cerâmico formado através de sinterização de tal composição conterá uma fase de zircônia.
[00104] Em determinadas modalidades, a composição compreende ainda cerca de 5% a cerca de 25% em peso de céria (Ce2O3), com base no peso total da composição, por exemplo, a partir de cerca de 10% em peso a cerca de 20% em peso de céria ou a partir de cerca de 12%em peso a cerca de 18% em peso de céria ou a partir de cerca de 10%em peso a cerca de 15% em peso de céria ou a partir de cerca de 11%em peso a cerca de 14% em peso de céria ou a partir de cerca de 11% em peso a cerca de 13% em peso de céria. Adicionalmente, a composição pode compreender pelo menos cerca de 40% em peso de zircônia, por exemplo, a partir de cerca de 40% em peso a cerca de 90% em peso de zircônia ou a partir de cerca de 40% em peso a cerca de 80% em peso de zircônia ou a partir de cerca de 50% em peso a cerca de 70% em peso de zircônia ou a partir de cerca de 55% em peso a cerca de 70% em peso de zircônia ou a partir de cerca de 60% a cerca de 75% em peso de zircônia ou a partir de cerca de 65% em peso a cerca de 75% em peso de zircônia ou a partir de cerca de 65% em peso a cerca de 70% em peso de zircônia, com base no peso total da composição. Adicionalmente, a composição pode compreender a cerca de 40% em peso de alumina, por exemplo, a cerca de 30% em peso de alumina ou a partir de cerca de 1% a cerca de 40% em peso de alumina ou a partir de cerca de 5% a cerca de 30% em peso de alumina ou a partir de cerca de 10% em peso a cerca de 25% em peso de alumina ou a partir de cerca de 10% em peso a cerca de 20% em peso de alumina ou a partir de cerca de 12 e cerca de 20% em peso de alumina ou a partir de cerca de 14% a cerca de 20% em peso de alumina ou a partir de cerca de 14 e cerca de 18% em peso de alumina.
[00105] Em modalidades em que a composição compreende céria e zircônia ou céria, zircônia e alumina, a céria e a zircônia podem estar na forma de uma zircônia estabilizada em céria. Em determinadas modalidades, a zircônia estabilizada em céria compreende a partir de cerca de 10% em peso a cerca de 20% em peso de céria e até cerca de 90% em peso de zircônia, com base no peso total da zircônia estabili- zada em céria, por exemplo, a partir de cerca de 12 até cerca de 18% em peso de cera e a cerca de 88% em peso de zircônia ou a partir de cerca de 14% a cerca de 16% em peso a cerca de 86% em peso de zircônia ou até cerca de 85% em peso de zircônia ou até cerca de 84% em peso de zircônia.
[00106] Em determinadas modalidades, a zircônia estabilizada com céria compreende não mais do que cerca de 2% de óxido de ferro, por exemplo, não mais do que cerca de 1% em peso de óxido de ferro ou não mais do que cerca de 0,75% em peso de óxido de ferro ou não mais do que cerca de 0,5% de óxido de ferro ou a partir de cerca de 0,1% em peso a cerca de 0,75% em peso de óxido de ferro ou a partir de cerca de 0,2% a cerca de 0,6% em peso de óxido de ferro.
[00107] Em determinadas modalidades, a composição compreende pelo menos cerca de 10% de alumina com o equilíbrio de zircônia estabilizada com céria (a qual pode compreender uma quantidade menor de óxido de ferro, conforme descrito acima) em que a zircônia estabilizada em céria contém quantidades relativas de céria e zircônia conforme descrito acima. Em determinadas modalidades, a composição compreende a partir de cerca de 10% a cerca de 30% em peso de alumina, com o equilíbrio de zircônia estabilizada com céria, por exemplo, cerca de 15% em peso a cerca de 25% em peso de alumina, com o equilíbrio zircônia estabilizada com céria.
[00108] Em determinadas modalidades, a composição compreende a partir de cerca de 15% a cerca de 25% em peso de alumina, a partir de cerca de 10% em peso a cerca de 15% em peso de céria e a partir de cerca de 50% em peso a cerca de 75% em peso de zircônia.
[00109] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas cerâmico é formado através de sinterização de uma composição que compreende pelo menos cerca de 90% de alumina, por exemplo, pelo menos cerca de 95% de alumina ou pelo menos cerca de 99% de alumina ou pelo menos cerca de 99,5% de alumina ou pelo menos cerca de 99,9% em peso de alumina ou substancialmente 100% em peso de alumina. Por exemplo, o meio de moagem em partículas pode ser preparado através de sinterização de um material que contém alumina tal como, por exemplo, alumina de grau técnico, bau- xita ou qualquer outra combinação adequada de óxidos do mesmo.
[00110] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas cerâmico de acordo com o terceiro e quarto aspectos pode ser obtido por meio de um método que compreende:a. Obtenção, fornecimento ou produção de uma composição que compreende matérias-primas adequadas para produção do meio de moagem cerâmico;b. Mistura da composição que compreende matérias- primas, formando uma mistura;c. Combinação da mistura com aglutinante e/ou solvente, formando uma mistura ligada;d. Granulação da mistura ligada ao misturar a mistura ligada durante um período de tempo durante o qual a velocidade de mistura é reduzida;e. Opcionalmente secagem da composição granulada;f. Opcionalmente moldagem da composição granulada;g. Opcionalmente dimensionamento da composição granulada; eh. Sinterização da composição granulada.
[00111] Em determinadas modalidades, as matérias-primas na etapa b) do método são homogeneizadas, por exemplo, por meio de mistura, formando uma composição homogeneizada. Por "homogeneizada" entenda-se que a mistura de matérias-primas tem uma composição uniforme em toda sua extensão. Em tais modalidades, a composição homogeneizada é combinada com aglutinante e/ou solvente na etapa c), formando uma composição homogeneizada ligada, a qual é granulada na etapa d) ao misturar a composição homogeneizada ligada durante um período de tempo durante o qual a velocidade de mistura é reduzida.
[00112] O aglutinante e/ou solvente é um daqueles bem conhecidos na indústria. Possíveis aglutinantes incluem, por exemplo, metilcelulo- se, polivinilbutíricos, acrilatos emulsificados, álcoois polivinílicos, poli- vinilpirrolidonas, poliacrílicos, amido, aglutinantes de silício, poliacrila- tos, silicatos, polietileno imina, lignossulfonatos, alginatos, etc. Em determinadas modalidades, o aglutinante álcool polivinílico é usado.
[00113] Os solventes possíveis podem incluir, por exemplo, água,álcoois, cetonas, compostos aromáticos, hidrocarbonetos, etc.
[00114] Podem também ser adicionados outros aditivos bem conhecidos na indústria. Por exemplo, podem ser adicionados lubrificantes, tais como estearatos de amônio, emulsões de cera, ácido oleico, óleo de peixe de Manhattan, ácido esteárico, cera, ácido palmítico, ácido linoleico, ácido mirístico e ácido láurico. Também podem ser usados plastificantes, incluindo polietileno glicol, octil ftalatos e etileno glicol.
[00115] Em determinadas modalidades, a homogeneização compreende mistura da composição que compreende matérias-primas durante um período de tempo adequado, de modo que a mistura de matérias-primas tenha uma composição uniforme em toda sua extensão. Em determinadas modalidades, a etapa c) compreende mistura da composição homogeneizada com o aglutinante e/ou solvente. Em determinadas modalidades, a velocidade de mistura durante a etapa b) é maior do que a etapa de mistura na etapa c) e a velocidade de mistura inicial na etapa d) não é maior do que uma velocidade de mistura final na etapa c).
[00116] Em determinadas modalidades, misturar ou homogeneizar na etapa b) compreende mistura da composição que compreende matérias-primas durante um período de tempo a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 60 minutos, por exemplo, a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 30 minutos ou a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 20 minutos ou a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 10 minutos ou a partir de cerca de 2 minutos a cerca de 10 minutos ou a partir de cerca de 2 minutos a cerca de 8 minutos ou a partir de cerca de 2 minutos a cerca de minutos. Tipicamente, a velocidade de mistura é mantida constante durante a etapa b).
[00117] Em determinadas modalidades, a combinação, por exemplo, mistura, da mistura ou composição homogeneizada com o aglutinante e/ou solvente pode ser realizada de um período de tempo a partir de cerca de 30 segundos a cerca de 30 minutos, por exemplo, a partir de cerca de 30 segundos a cerca de 20 minutos ou a partir de cerca de 30 segundos a cerca de 10 minutos ou a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 8 minutos ou a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 5 minutos ou a partir de cerca de 2 minutos a cerca de 5 minutos ou a partir de cerca de 2 minutos a cerca de 4 minutos. Conforme descrito acima, a velocidade de mistura durante a etapa c) é, de preferência, menor do que a velocidade de mistura na etapa b) e opcionalmente pelo menos igual ou maior do que a velocidade de mistura inicial na etapa d). O aglutinante e/ou o solvente podem ser adicionados lentamente durante esta etapa, por exemplo, contínua ou intermitentemente, de preferência continuamente. Alternativamente, a totalidade do aglutinante e/ou solvente pode ser adicionada no início da mistura.
[00118] Em determinadas modalidades, a granulação da composição ligada homogeneizada compreende mistura da composição durante um período de tempo durante o qual a velocidade de mistura é gradual ou gradualmente reduzida. Um período de tempo adequado pode ser a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 60 minutos, por exemplo, a partir de cerca de 2 minutos a cerca de 30 minutos ou a partir de cerca de 3 minutos a cerca de 20 minutos ou a partir de cerca de 4 minutos a cerca de 15 minutos ou a partir de cerca de 4 minutos a cerca de 12 minutos ou a partir de cerca de 4 minutos a cerca de 10 minutos ou a partir de cerca de 4 minutos a cerca de 8 minutos. Durante o período de tempo adequado, a velocidade de mistura pode ser reduzida, por exemplo, etapa por etapa, de modo que a velocidade final de mistura seja pelo menos cerca de 25% menor que a velocidade de mistura inicial na etapa d), por exemplo, pelo menos cerca de 30% ou pelo menos cerca de 35% menos ou pelo menos cerca de 40% menos ou pelo menos cerca de 45% menor do que a velocidade de mistura inicial na etapa d).
[00119] Em determinadas modalidades, a velocidade de mistura inicial na etapa b) é pelo menos cerca de 150% maior do que uma velocidade de mistura final na etapa d), por exemplo, pelo menos cerca de 175% maior ou pelo menos cerca de 190% maior ou pelo menos cerca de 200% maior ou pelo menos cerca de 210% maior.
[00120] Os vários estádios de mistura podem ser realizados em qualquer dispositivo de mistura adequado, por exemplo, um misturador dotado de um propulsor. Um dispositivo de mistura exemplificativo é um misturador Eirich tipo RV02E dotado de um propulsor de tipo pino.
[00121] Em determinadas modalidades, a velocidade inicial do propulsor na etapa b) está a partir de cerca de 2750 e 3250 rpm e a velocidade final do propulsor na etapa d) é a partir de cerca de 600 e 1200 rpm. Em determinadas modalidades, a velocidade do propulsor na etapa b) é a partir de cerca de 2750 e 3250 rpm e a velocidade do propulsor durante a etapa c) é a partir de cerca de 2000 e 2500 rpm. Em tais modalidades, a velocidade inicial do propulsor na etapa d) não é maior do que, de preferência menor do que a velocidade do propulsor durante a etapa c), por exemplo, menor do que cerca de 2000 rpm ou menor do que cerca de 1900 rpm ou menor do que cerca de 1800 rpm . Em tais modalidades, a velocidade do propulsor final na etapa d) pode ser menor do que cerca de 1500 rpm, por exemplo, menor do que cerca de 1200 rpm ou menor do que cerca de 1000 rpm ou menor do que cerca de 800 rpm. A velocidade final de mistura, por exemplo, a velocidade final do propulsor, pode ser mantida constante durante um período de tempo que varia a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 10 minutos, por exemplo, a partir de cerca de 1 minuto a cerca de 8 minutos.
[00122] Após granulação, a composição granulada pode ser removida do misturador e seca. Por exemplo, em uma temperatura de cerca de 120 °C durante um período de tempo adequado, por exemplo, a partir de cerca de 10 minutos a cerca de 5 horas ou a partir de cerca de 30 minutos a cerca de 2 horas. Antes ou durante a secagem da composição granulada pode ser moldada, por exemplo, para formar partículas em formato de haste.
[00123] A composição opcionalmente seca pode, então, ser submetida a um processo de dimensionamento, por exemplo, por meio de peneiramento. Uma peneira de tamanho apropriado pode ser selecionada correspondendo ao tamanho desejado do meio de moagem em partículas.
[00124] A composição em partículas é, então, sinterizada em uma temperatura de sinterização adequada. As temperaturas de sinteriza- ção adequadas variam a partir de cerca de 1200 °C e cerca de 1700 °C. O tempo de permanência durante a sinterização pode variar a partir de cerca de 1 hora a cerca de 24 horas, por exemplo, a partir de cerca de 2 horas a cerca de 12 horas ou a partir de cerca de 2 horas a cerca de 8 horas ou a partir de cerca de 2 horas a cerca de 6 horas ou a partir de cerca de 3 horas a cerca de 5 horas ou a partir de cerca de 3,5 horas a cerca de 4,5 horas.
[00125] Para modalidades em que os meios de moagem cerâmicos em partículas são formados a partir de uma composição que compreende pelo menos céria e zircônia, a temperatura de sinterização é vantajosamente a partir de cerca de 1400 °C a cerca de 1500 °C, por exemplo, a partir de cerca de 1425 °C a cerca de 1475 °C ou a partir de cerca de 1440 °C a cerca de 1460 °C e um tempo de permanência a partir de cerca de 2 horas a cerca de 6 horas, por exemplo, a partir de cerca de 3 horas a cerca de 5 horas ou a partir de cerca de 3,5 horas a cerca de 4,5 horas.
[00126] Para modalidades nas quais a composição em partículas é formada a partir de uma composição que compreende pelo menos cerca de 90% de alumina, a temperatura de sinterização é, vantajosamente, a partir de cerca de 1500 °C a cerca de 1700 °C, por exemplo, a partir de cerca de 1550 °C a cerca de 1650 °C ou a partir de cerca de 1575 °C a cerca de 1625 °C e um tempo de permanência a partir de cerca de 2 horas a cerca de 6 horas, por exemplo, a partir de cerca de 3 horas a cerca de 5 horas ou a partir de cerca de 3,5 horas a cerca de 4,5 horas.
[00127] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas do terceiro aspecto pode ter uma aspereza de superfície e/ou um coeficiente médio conforme descrito acima em relação ao meio de moagem em partículas usado no método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Como tal, em determinadas modalidades, o meio de moagem do terceiro aspecto desgasta durante o processo de moagem no qual ele é usado, por exemplo, durante a moagem em um método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção descrito aqui.
[00128] É também fornecido, de acordo com o quarto aspecto, um meio de moagem em partículas que se desgasta durante o processo de moagem no qual ele deve ser usado, por exemplo, durante a moa- gem em um método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção descrito aqui. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas do quarto aspecto pode ter uma aspereza de superfície e/ou um coeficiente médio conforme descrito acima em relação ao meio de moagem em partículas usado no método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas que se desgasta durante a moagem tem, no início da moagem, (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou tanto (i) quanto (ii). O dito meio de moagem em partículas pode ser formado de um material natural ou sintético, por exemplo, formado por um material mineral, cerâmico ou metálico denso, duro adequado para uso como meio de moagem. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas é um meio de moagem cerâmico. Tais materiais incluem alumina, zircônia, silicato de zircônio, ítria, céria ou ítria e/ou zircônia estabilizada com céria e misturas dos mesmos.
[00129] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas de acordo com o terceiro e quarto aspectos tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,5, por exemplo, uma gravidade específica a partir de cerca de 3,5 a cerca de 8,0, por exemplo, a partir de cerca de 3,5 a cerca de 7,0 ou A partir de cerca de 3,5 a cerca de 6,5 ou uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,6 ou pelo menos cerca de 3,7 ou pelo menos cerca de 3,8 ou pelo menos cerca de 3,9 ou pelo menos cerca de 4,0 ou pelo menos cerca de 4,1 ou pelo menos cerca de 4,2 ou pelo menos cerca de 4,3 ou pelo menos cerca de 4,4 ou pelo menos cerca de 4, 4 ou pelo menos cerca de 4, 5 ou pelo menos cerca de 4 ou pelo menos cerca de 5,0 ou pelo menos cerca de 5,1 ou pelo menos cerca de 5,2 ou pelo menos cerca de 5,3 ou pelo menos cerca de 5,3 ou pelo menos cerca de 5,6 ou pelo me- nos cerca de 5,6 ou pelo menos cerca de 5,6 ou pelo menos cerca de 5,7 ou pelo menos cerca de 5,8 ou pelo menos cerca de 5,9 ou pelo menos cerca de 6,0.
[00130] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas é usado na fabricação de celulose microfibrilada. Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas é usado para melhorar uma ou mais propriedades da celulose microfibrilada e/ou reduzir a entrada de energia por quantidade unitária de celulose micro- fibrilada produzida.
[00131] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas de acordo com os quarto e quinto aspectos é usado em um método para a fabricação de celulose microfibrilada, o dito método compreendendo uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso que compreende celulose por meio de moagem na presença do meio de moagem em partículas que deve ser removido após conclusão da moagem.
[00132] Em determinadas modalidades, é fornecido um material que se desgasta ou se torna áspero quando agitado na presença de um substrato fibroso que compreende celulose. Em determinadas modalidades, o material, na forma de partículas, se desgasta ou se torna áspero quando moído na presença de um substrato fibroso que compreende celulose para produzir celulose microfibrilada, conforme descrito aqui. Para evitar dúvidas, o material que se desgasta ou se torna áspero é diferente do material inorgânico em partículas descrito aqui de acordo com determinadas modalidades, o qual pode ser cofundido com o substrato fibroso que compreende celulose. Em determinadas modalidades, o material é um meio de moagem, por exemplo, um meio de moagem de acordo com determinadas modalidades descritas aqui. Por "se desgasta" ou "se torna áspero" entenda-se que a superfície do material se torna mensuravelmente áspera após a agitação. O aumen- to da aspereza de superfície pode ser visualmente discernível ou determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Em determinadas modalidades, o material tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,5.
[00133] De acordo com determinadas modalidades, é fornecido um meio de moagem em partículas não polido que tem uma aspereza de superfície que aumenta pelo menos cerca de 1% quando submetido a contato abrasivo. Por "não polido" entenda-se que o meio de moagem não foi submetido a qualquer tratamento de polimento (isto é, para tornar sua superfície mais lisa) antes de seu uso como meio de moagem. O aumento da aspereza de superfície pode ser determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Em determinadas modalidades, os meios de moagem em partículas não polidos têm uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm e/ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 antes do contato abrasivo. O contato abrasivo pode ser um processo autógeno (por exemplo, agitação em um moinho ou outro dispositivo de moagem adequado) ou pode ser conduzido na presença de outro material, por exemplo, outro meio de moagem que, após contato abrasivo, é separável dos meios de moagem em partículas não polidas ou, por exemplo, um substrato fibroso que compreende celulose o qual, durante o contato abrasivo, pode ser moído produzindo celulose microfibrilada (por exemplo, celulose microfibrilada de acordo com as modalidades descritas aqui).
[00134] Em determinadas modalidades, a aspereza de superfície aumenta em pelo menos cerca de 5% ou pelo menos cerca de 10% ou pelo menos cerca de 15% ou pelo menos cerca de 20% ou pelo menos cerca de 25% ou pelo menos cerca de 30% ou pelo menos cerca de 35% ou pelo menos cerca de 40% ou pelo menos cerca de 45% ou pelo menos cerca de 50%. Em determinadas modalidades, o material tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,5. Em deter- minadas modalidades, o meio de moagem em partículas não polido, antes do contato abrasivo, tem uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 2,0 μm, e/ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,20, por exemplo, uma aspereza de superfície de Pelo menos cerca de 2,2 μm ou uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 2,4 μm ou uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 2,6 μm ou uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 2,8 μm ou uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 3,0 μm.
[00135] Em determinadas modalidades, é fornecido um meio de moagem em partículas polido que tem uma aspereza de superfície que aumenta pelo menos cerca de 20% quando submetido a contato abrasivo. Por "polido" entenda-se que o meio de moagem foi submetido a um tratamento de polimento (isto é, para se torna sua superfície mais lisa) antes da suo uso como meio de moagem. O aumento da aspereza de superfície pode ser determinado de acordo com os métodos descritos aqui. Em determinadas modalidades, os meios de moagem em partículas polidos têm uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm e/ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 antes do contato abrasivo. O contato abrasivo pode ser um processo autógeno (por exemplo, agitação em um moinho ou outro dispositivo de moagem adequado) ou pode ser conduzido na presença de outro material, por exemplo, outro meio de moagem que, após contato abrasivo, é separável da moagem em partículas polida ou, por exemplo, um substrato fibroso que compreende celulose que, durante o contato abrasivo, pode ser moída produzindo celulose microfibrilada (por exemplo, celulose microfibrilada de acordo com as modalidades descritas aqui). Em determinadas modalidades, a aspereza de superfície aumenta em pelo menos cerca de 25% ou pelo menos cerca de 30% ou pelo menos cerca de 35% ou pelo menos cerca de 40% ou pelo menos cerca de 45% ou pelo menos cerca de 50%. Em determinadas modalidades, o material tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3,5. Em determinadas modalidades, os meios de moagem em partículas polidos, antes do contato abrasivo, têm uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 1, 4 μm, e/ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,08 ou pelo menos cerca de 0,10 , Por exemplo, uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 1,6 μm ou uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 1,8 μm ou uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 1,9 μm.Processo de fabricação de um meio de moagem em partículas
[00136] Em determinadas modalidades, o meio de moagem em partículas pode ser preparado por meio de qualquer método apropriado no qual uma moagem em partículas que têm (i) uma aspereza de superfície de pelo menos cerca de 0,5 μm ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos cerca de 0,10 ou (I) e (ii), é produzido.
[00137] O método pode compreender a formação de um meio de moagem em partículas que tem uma aspereza de superfície menor do que 0,5 μm e/ou um coeficiente médio de atrito menor do que 0,10 e sujeição do meio de moagem em partículas a uma etapa de aspereza de superfície, de modo que a aspereza de superfície seja pelo menos cerca de 0,5 μm e/ou o coeficiente médio de atrito seja de pelo menos cerca de 0,10 ao final da etapa de aspereza de superfície. Por exemplo, um meio de moagem em partículas que inicialmente não satisfaz os requisitos de aspereza de superfície e/ou coeficiente médio de atrito do primeiro aspecto pode ser cofundido com um material abrasivo, tal como um pó microabrasivo (por exemplo, um pó microabrasivo de alumina fundida, em um recipiente de moagem, tal como um moinho planetário.
[00138] Vantajosamente, o meio de moagem em partículas do pri- meiro aspecto (bem como dos segundo, terceiro, quarto e quinto aspectos) pode ser feito por meio de um processo que compreende:a. Obtenção, fornecimento ou produção de uma composição que compreende matérias-primas adequadas para produção do meio de moagem cerâmico;b. Mistura da composição que compreende matérias- primas, formar uma mistura;c. Combinação da mistura com aglutinante, formando uma mistura ligada;d. Granulação da mistura ligada ao misturar a mistura ligada durante um período de tempo durante o qual a velocidade de mistura é reduzida;e. Opcionalmente secagem da composição granulada;f. Opcionalmente moldagem da composição granulada;g. Opcionalmente dimensionamento da composição granulada; eh. Sinterização da composição granulada.
[00139] Em determinadas modalidades, as matérias-primas na etapa b) do método são homogeneizadas, por exemplo, ao misturar, formando uma composição homogeneizada. Em tais modalidades, a composição homogeneizada é combinada com aglutinante e/ou solvente na etapa c), formando uma composição homogeneizada ligada a qual é granulada na etapa d) ao misturar a composição homogeneizada ligada durante um período de tempo durante o qual a velocidade de mistura é reduzida.
[00140] Outras modalidades e detalhes de tal processo são descritos acima em relação ao preparo de um meio de moagem em partículas de acordo com os terceiro e/ou quarto aspectos.Produtos de papel e processos para seu preparo
[00141] A composição que pode ser obtida pelo primeiro aspecto da presente invenção que compreende celulose microfibrilada e (quando presente) material inorgânico em partículas pode ser incorporada em composições para fabricação de papel as quais, por sua vez, podem ser usadas para preparar produtos de papel. O termo produto de papel, conforme usado em relação a determinadas modalidades da presente invenção, deve ser entendido como significando todas as formas de papel, incluindo placas tais como, por exemplo, tábuas revestidas de branco e cartolina, cartão, papelão, papelão revestido e assim por diante. Há numerosos tipos de papel, revestidos ou não revestidos, que podem ser feitos de acordo com determinadas modalidades da presente invenção, incluindo papel adequado para livros, revistas, jornais e similares e papéis de escritório. O papel pode ser calandrado ou supercalandrado conforme apropriado; por exemplo, papel de revista supercalandrado para rotogravura e impressão offset podem ser feitos de acordo com os presentes métodos. O papel adequado para revestimento leve (Light Weight Coating - LWC), revestimento de peso médio (Medium Weight Coating - MWC) ou pigmentização terminada por máquina (Machine Finished Pigmentisation - MFP) também podem ser feitos de acordo com os presentes métodos. Papel revestido e uma placa que têm propriedades de barreira adequadas para embalagens de alimentos e assim por diante também podem ser feitos de acordo com os presentes métodos.
[00142] Em um processo de fabricação de papel típico, é preparada uma pasta celulósica por meio de qualquer tratamento químico ou mecânico adequado ou uma combinação dos mesmos, os quais são bem conhecidos na técnica. A polpa pode ser derivada de qualquer fonte adequada tal como madeira, gramíneas (por exemplo, cana-de-açúcar, bambu) ou fibrosas (por exemplo, resíduos têxteis, algodão, cânhamo ou linho). A polpa pode ser branqueada de acordo com processos que são bem conhecidos por aqueles versados na técnica e os processos adequados para uso em determinadas modalidades da presente invenção serão facilmente evidentes. A polpa de celulose branqueada pode ser batida, refinada ou ambos, até um valor de "freeness" predeterminado (dito na técnica como Canadian Standard Freeness (CSF) in cm3). Então, é preparada uma matéria-prima de papel adequada a partir da polpa branqueada e batida.
[00143] A composição para fabricação de papel compreende, tipicamente, além da composição que compreende celulose microfibrilada e (quando presente) material inorgânico em partículas, papel e outros aditivos convencionais conhecidos na técnica. Por exemplo, uma composição para fabricação de papel pode compreender a cerca de 50% em peso de material inorgânico em partículas derivado da composição que compreende celulose microfibrilada e material inorgânico em partículas com base no teor seco total da composição para fabricação de papel. Por exemplo, a composição para fabricação de papel pode compreender pelo menos cerca de 2% em peso ou pelo menos cerca de 5% em peso ou pelo menos cerca de 10% em peso ou pelo menos cerca de 15% em peso ou pelo menos cerca de 20% por ou pelo menos cerca de 25% em peso ou pelo menos cerca de 30% em peso ou pelo menos cerca de 35% em peso ou pelo menos cerca de 40% em peso ou pelo menos cerca de 45% em peso ou pelo menos cerca de 50% em peso ou pelo menos cerca de 60% em peso ou pelo menos cerca de 70% em peso ou pelo menos cerca de 80% em peso ou pelo menos cerca de 90% em peso de material inorgânico em partículas derivado da composição que compreende celulose microfibrilada e material inorgânico em partículas, com base no teor seco total da composição para fabricação de papel. A composição para a fabricação de papel também pode conter um sistema de retenção de retenção não iônico, catiônico ou aniônico ou um sistema de retenção de micro- partículas em uma quantidade a partir de cerca de 0,1 e 2% em peso, com base no peso seco da suspensão aquosa que compreende celulose microfibrilada e material inorgânico em partículas. Ela também pode conter um agente de dimensionamento que pode ser, por exemplo, um dímero de alquilceteno de cadeia longa, uma emulsão de cera ou um derivado de ácido succínico. A composição também pode conter corante e/ou um agente de branqueamento óptico. A composição pode também compreender auxiliares de resistência a seco e a úmido tais como, por exemplo, copolímeros de amido ou epicloridrina.
[00144] Os produtos de papel de acordo com determinadas modalidades da presente invenção podem ser preparados por meio de um processo que compreende: (i) obtenção ou preparo de um substrato fibroso que compreende celulose na forma de uma polpa apropriada para produção de um produto de papel; (ii) preparo de uma composição para fabricação de papel a partir da polpa na etapa (i), a composição de determinadas modalidades da presente invenção que compreende celulose microfibrilada e (quando presente) material inorgânico em partículas e outros aditivos opcionais (tais como, por exemplo, um auxiliar de retenção e outros aditivos conforme aqueles descritos acima); e (iii) formação de um produto de papel a partir da dita composição para fabricação de papel. Conforme dito acima, a etapa de formação de uma polpa pode ocorrer no recipiente de moagem mediante adição do substrato fibroso que compreende celulose no estado seco, por exemplo, na forma de um papel seco quebrado ou resíduo, diretamente no recipiente de moagem. O ambiente aquoso no recipiente de moagem, então, facilitará a formação de uma polpa.
[00145] Um componente de enchimento adicional (isto é, um componente de enchimento diferente do material inorgânico em partículas que pode ser cofundido com o substrato fibroso que compreende celulose) pode ser adicionado à composição para fabricação de papel preparada na etapa (ii). Componentes de enchimento exemplificativos são PCC, GCC, caulim ou misturas dos mesmos. Os produtos de papel feitos a partir dessas composições para fabricação de papel podem exibir maior resistência (por exemplo, resistência à ruptura aprimorada) em comparação com produtos de papel que compreendem celulose microfibrilada produzida por meio de um processo comparável no qual o meio de moagem em partículas usado no processo tem, no início de moagem (i) uma aspereza de superfície que é menos áspera e/ou (ii) um coeficiente médio de atrito menor do que aquele requerido pelo método do primeiro aspecto da presente invenção. Similarmente, os produtos de papel preparados a partir de uma composição para fabricação de papel de acordo com determinadas modalidades da presente invenção que compreende partículas inorgânicas podem exibir uma resistência que é comparável a produtos de papel que compreendem menos material inorgânico em partículas. Em outras palavras, os produtos de papel podem ser preparados a partir de uma composição para fabricação de papel de acordo com determinadas modalidades da presente invenção com cargas de enchimento mais elevadas sem perda de resistência.
[00146] As etapas na formação de um produto de papel final a partir de uma composição para fabricação de papel são convencionais e bem conhecidas na técnica e compreendem, em geral, a formação de folhas de papel que tem um peso de base alvo, dependendo do tipo de papel que está sendo feito.
[00147] As composições de matéria-prima conforme descrito na Tabela 1 foram, cada uma, enchidas em um misturador Eirich tipo RV02E dotado de um propulsor de tipo pino e desaglomeradas e homogeneizadas durante 4 minutos em uma velocidade do propulsor de 3000 rpm. Em um segunda etapa, em cada caso, a velocidade do pro- pulsor foi reduzida para 2200 rpm e foi adicionada uma solução de aglutinante (uma solução de PVA a 0,5% em peso em água) durante um período de 3 minutos. Em uma etapa de mistura (isto é, granulação), a velocidade do propulsor foi reduzida em etapas até uma velocidade final para formar esferas. Os detalhes da mistura da etapa final para cada composição são apresentados nas Tabelas 2A e 2B.
[00148] As esferas foram removidas do misturador e secas a 60 °C durante 1 hora. O material seco foi peneirado. Em cada caso, foi usada uma fração de tamanho para sinterização. Para as esferas de alumina a 100% (Amostra 2A), a temperatura de sinterização foi 1600 °C e um tempo de permanência de 4 horas. Para as esferas de cé- ria/ítria/alumina (Amostras 2B e 2C), a temperatura de sinterização foi 1450 °C e um tempo de permanência de 4 horas.
[00149] As esferas formuladas a partir da Amostra 2B têm uma gravidade específica de 5,57; as esferas formuladas a partir da Amostra 2C têm uma gravidade específica de 4,74.Exemplo 2
[00150] As amostras de esferas 2B e 2C e um meio de zircônia comparativo foram usados para preparar celulose microfibrilada.
[00151] Ingredientes usados na produção de celulose microfibri- lada:• polpa de Botnia não refinada• carbonato de cálcio moído que tem uma distribuição de tamanho de partícula de modo que cerca de 60% das partículas têm um p.s.d. de menos de 2 μm• meios de moagem 2B e 2C• meios de moagem de zircônia comparativos que têm uma aspereza de superfície menor do que 0,5 μm
[00152] Condições de moagem:• Sólidos totais alvo e POP (Porcentagem de Polpa - porcentagem do peso seco do material de enchimento que é polpa): 9% e 20% POP, respectivamente• Sólidos totais alvo e POP: 15% e 20% POP, respectivamente• MVC alvo (concentração em volume de meio): 45%• 1000 rpm• Entrada de energia - 2000, 2500 e 3500 kWh/t
[00153] Cada tipo de meio foi dividido em 3 porções iguais. Cada porção foi, então, usada para moagem em apenas um nível de energia específico para 8 lotes sem misturar as diferentes porções.
[00154] As amostras de celulose microfibriladas produzidas foram analisadas como segue:• A distribuição de tamanho de partícula foi determinada usando o instrumento Malvern 'S', de acordo com o método descrito acima• O teor total de sólidos e o POP das amostras foram medidos
[00155] Os produtos preparados de acordo com os procedimentos acima foram avaliados como materiais de enchimento em amostras de papel. Em geral, um lote de polpa química branqueada que compreende 70 partes de eucalipto e 30 partes de polpa de madeira do Norte macia branqueada foi batido em um batedor de Valley para fornecer um CSF de 520 cm3. Após desintegração e diluição para 2% de matéria-prima espessa, a fibra foi diluída para uma consistência de 0,3% em peso para a fabricação de folhas.
[00156] Foi adicionada uma polpa de material de enchimento (a qual compreende a celulose microfibrilada e as partículas de carbonato de cálcio) juntamente com o auxiliar de retenção (Ciba, Percol 292, 0,02% em peso quando de acabamento). As amostras de papel foram feitas com um peso base de 80 gm-2 usando um molde para amostras de papel Inglesas de acordo com métodos convencionais (por exemplo, SCAN C 26:76 (M. 5:76). As folhas foram preparadas em um carregamento de partículas inorgânicas de aproximadamente 15 e 25 partes e o valor de resistência à ruptura em um carregamento de partículas inorgânicas de 20% interpolado a partir destes da-dos. A ruptura em uma quantidade de material de enchimento de 20% foi expresso como uma percentagem do valor sem material de enchimento e, então, normalizada para comparação.
[00157] A resistência à ruptura do papel foi determinada usando um testador de ruptura Messemer Buchnel de acordo com SCAN P24.
[00158] Os resultados são resumidos na Figura 1. Descobriu-se que a celulose microfibrilada produzida usando amostras de meios 2B e 2C conferiu um melhor aprimoramento da resistência quando incorporada no papel em comparação com a celulose microfibrilada produzida usando o meio de zircônia. Além disso, a celulose micro- fibrilada produzida usando amostras de mídia 2B e 2C com uma entrada de energia de 2000 kWh/t conferiu melhor resistência mecânica do que a celulose microfibrilada produzida usando zircônia com uma entrada de energia de 2500 kWh/t.Exemplo 3 - Análise de meios após moagem
[00159] As esferas foram coletadas após cada moagem e anali- sadas/caracterizadas usando um interferômetro e um tribômetro, de acordo com os métodos descritos nos apêndices 1 e 2 abaixo. O in- terferômetro foi usado para caracterizar a aspereza de superfície dos meios e o tribômetro foi usado para determinar o coeficiente de atrito dos meios quando esfregados sobre uma almofada de fibra seca (feita de madeira macia, pinheiro Botnia).
[00160] O interferômetro usado foi um interferômetro de mudança de fase que usa luz monocromática (Omniscan MicroXAM2) para medir a aspereza e topografia da superfície dos meios.
[00161] Um tribômetro Longshore Systems Engineering foi usado para determinar o coeficiente de atrito das amostras de esferas.
[00162] Os resultados são resumidos na Tabela 3.
Sa = aspereza média de superfície (média aritmética)APÊNDICE 1Operação do Interferômetro (Omniscan MicroXAM2)1. Ligar a alimentação.2. Inicializar o PC.3. Colocar 5 partículas de amostra sobre uma lâmina de vidro (medir a aspereza em dois locais em cada partícula).4. Posicionar cada partícula de amostra diretamente sob o feixe de luz, de preferência focando diretamente sobre a parte superior da partícula. Uma imagem aparecerá na tela/monitor, a qual não será clara (embaçada).5. Alterar a intensidade da luz para que haja uma mancha vermelha no meio da imagem (a mancha vermelha não deve cobrir toda a imagem na tela). 6. Verificar se o ponto vermelho se torna menor ao mover a lente para baixo (anti-horário no mostrador) em direção à partícula. A imagem se torna mais fora de foco.7. Em seguida, trazer a lente de volta para a posição que era antes e depois transformar a intensidade da luz para baixo para que o ponto vermelho é muito menor e menos definido.8. Então, mover lentamente a lente para cima (sentido horário no mostrador) até que a imagem entre em foco (a superfície da partícula fica mais definida). Aumentar a intensidade da luz se necessário para que a luz vermelha seja mais escassa e menos escura.9. Quando a imagem estiver em foco, tarar a posição da lente na caixa de controle.10. Então, passar a amostra (depois de inserir o nome do arquivo correto), abortar o processo quando estiver evidente que a imagem ficou completamente fora de foco.11. Com a imagem que é exibida, é possível recortar quaisquer anomalias usando o botão de corte à esquerda e clicar com o botão direito do mouse para selecionar 'fazer imagem principal'. Em seguida, salvar.12. Ler o valor necessário da imagem.13. Repetir para a segunda área de partícula.14. Repetir para cada partícula.15. Calcular a média das 10 leituras obtidas.APÊNDICE 2Procedimento para operação do tribômetroEsfera sobre medições de atrito planas1. Ligar o computador, o monitor e o Tribômetro.2. Inicializar o PC.3. Pressionar [Iniciar] na interface da tela tátil do Tribômetro (TSI). 4. Pressionar o botão Iniciar na parte traseira do controlador do Tribômetro.5. Pressionar [Continuar] no TSI.6. Pressionar [Linear] no TSI.7. Abrir o software DSC Toolkit.8. No DSC Toolkit, selecionar o dispositivo que é o tribôme- tro (o qual é o medidor de tensão de carga normal).9. Abrir o software DSC Toolkit.10. No DSC Toolkit, selecionar o dispositivo que é o tribô- metro (o qual é o medidor de tensão de carga lateral).11. Aderir a sonda ao parafuso com a linha métrica de M2, M3, M4, M5 ou M6, dependendo do diâmetro da esfera.12. Encaixar o parafuso no feixe do Tribômetro através do adaptador apropriado.13. Adicionar pesos de latão até atingir a carga normal desejada.14. Imobilizar o substrato (o qual é uma almofada de fibra seca feita de madeira macia, pinheiro Botnia) na placa inferior.A almofada de fibra é cortada nas dimensões adequadas para uso do sistema embutido para imobilizar amostras.15. Usando o TSI, introduzir a posição inicial e a posição final; estas devem ser o mesmo valor, correspondendo a onde você deseja que a medição de atrito comece em sua amostra.16. Usando o TSI, introduzir a velocidade de deslizamento desejada.17. Usando o TSI, definir o número de ciclos para 1.18. Pressionar [Logging] no software DSC Toolkit.19. Definir o intervalo de registro para 10 ms.20. Especificar o nome do arquivo e o diretório.21. Abaixar a cruzeta até que a esfera faça contato de compressão com o substrato e a carga normal atingir zero.22. Usando o TSI, pressionar [Iniciar movimento].23. Pressionar [Iniciar] no software DSC Toolkit.24. Usando o TSI, pressionar [Run].25. Uma vez concluído o ciclo, pressionar [Parar] no software DSC Toolkit.26. Erguer a cruzeta até que a esfera fique livre do substrato.
Claims (21)
1. Método para fabricar um meio de moagem de partículas de cerâmica com (i) uma rugosidade da superfície de pelo menos 0,5 μm, ou (ii) um coeficiente médio de atrito de pelo menos 0,10, ou ambos (i) e (ii), em que o meio de moagem de partículas tem uma gravidade específica de pelo menos 3,5, o referido método sendo caracterizado pelo fato de que compreende:(a) obter, fornecer ou fabricar uma composição compreendendo matérias-primas compreendendo pelo menos uma de zircônia (ZrO2) e alumina (Al2O3), opcionalmente em que a composição compreende ainda cério (CeO2) de 5 a 25 em porcentagem mássica de cério, com base no peso total da composição;(b) misturar a composição compreendendo matérias- primas, formando uma mistura;(c) combinar a mistura com aglutinante, formando uma mistura ligada;(d) granular a mistura ligada misturando a composição da mistura ligada durante um período de tempo durante o qual a velocidade de mistura é reduzida;(e) secar opcionalmente a composição granulada;(f) modelar opcionalmente a composição granulada;(g) dimensionar opcionalmente a composição granulada; e(h) sinterizar a composição granulada, em que as etapas b) a d) são realizadas em um misturador equipado com um impulsor, em que a velocidade do impulsor durante a etapa b) é maior que a velocidade do impulsor durante as etapas c) e d) e em que o a velocidade do impulsor durante o passo c) é igual ou superior à velocidade do impulsor durante o passo d).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda a etapa de secagem da composição granulada.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda a etapa de moldar a composição granulada.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda a etapa de dimensionamento da composição granulada.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma velocidade inicial de mistura na etapa b) é pelo menos 150% maior que uma velocidade final de mistura na etapa d) e / ou em que a velocidade inicial de mistura está entre 2750 e 3250 rpm, e a velocidade final de mistura está entre 600 e 1200 rpm.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a composição compreendendo matérias-primas compreende até 90% porcentagem mássica de zircô- nia estabilizada com cério e, opcionalmente, pelo menos 10% em peso % de alumina.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a temperatura de sinterização é de 1400 ° C a 1500 ° C.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a temperatura de sinterização é de 1425 ° C a 1475 ° C ou de 1440 ° C a 1460 ° C
9. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência é de 2 horas a 6 horas.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência é de 3 horas a 5 horas ou de 3,5 horas a 4,5 horas.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a composição compreendendo matérias-primas compreende pelo menos 90% em porcentagem mássica de alumina.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a composição compreendendo matérias-primas compreende pelo menos 95% em porcentagem mássica de alumina.
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a composição compreendendo matérias-primas compreende pelo menos 99% em porcentagem mássica de alumina.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a composição compreendendo matérias-primas compreende pelo menos 99,5% em porcentagem mássica de alumina.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a composição compreendendo matérias-primas compreende substancialmente 100% em porcentagem mássica de alumina.
16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que a temperatura de sinteri- zação é de 1500 ° C a 1700 ° C.
17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a temperatura de sinterização ser de 1550 ° C a 1650 ° C ou de 1575 °C a 1625 ° C.
18. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência é de 2 horas a 6 horas.
19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o tempo de permanência é de 3 horas a 5 horas ou de 3,5 horas a 4,5 horas.
20. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a composição compreende ainda cério (CeO2) de 10 a 20 de porcentagem mássica de cério, com base no peso total da composição.
21. Meio de moagem de partículas em cerâmica, caracterizado pelo fato de que o meio de moagem é obtido pelo método de qualquer uma das reivindicações 1-20.
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