BR112020012325A2

BR112020012325A2 - um método para produzir um produto fibroso compreendendo celulose microfibrilada

Info

Publication number: BR112020012325A2
Application number: BR112020012325-0A
Authority: BR
Inventors: Kaj Backfolk; Isto Heiskanen; Esa Saukkonen; Katja Lyytikäinen
Original assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-12-17
Publication date: 2020-11-24
Also published as: US20210095424A1; SE1751572A1; SE543324C2; JP7368355B2; JP2021507130A; CN111479863A; CN111479863B; EP3728450A1; FI3728450T3; EP3728450A4; WO2019123191A1; BR112020012325B1; CA3081654A1; PL3728450T3; US11326306B2; EP3728450B1

Abstract

A presente invenção se refere a um método para a produção de um produto fibroso a partir de uma rede fibrosa, em que o método compreende as etapas de: - provisão de uma suspensão fibrosa compreendendo uma celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é na faixa de 60% em peso até 99,9% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total; - adição de um polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico possuindo um peso molecular de pelo menos 50.000 g/mol para referida suspensão; - adição de um polímero aniônico possuindo um peso molecular de pelo menos 100.000 g/mol para referida suspensão para proporcionar uma mistura de referida celulose microfibrilada, referido polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e referido polímero aniônico; - provisão de referida mistura para um substrato para formar uma rede fibrosa, em que a quantidade de polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico em referida mistura é na faixa de 0,1 kg/tonelada métrica até 20 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total e em que a quantidade de polímero aniônico em referida mistura é na faixa de 0,01 kg/tonelada métrica até 10 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total; e - desidratação de referida rede fibrosa para formar um produto fibroso.

Description

”UM MÉTODO PARA PRODUZIR UM PRODUTO FIBROSO COMPREENDENDO CELULOSE MICROFIBRILADA“ Campo técnico da invenção

[0001] A presente invenção se refere a um método aperfeiçoado para prevenção da formação de aglomerados de fibra em uma suspensão compreendendo celulose microfibrilada e a um método aperfeiçoado de produção de um produto fibroso a partir de uma rede fibrosa. Antecedentes

[0002] A fabricação de um produto fibroso ou película (filme) a partir de uma suspensão compreendendo [microfibrillated cellulose (MFC)] em uma máquina de papel é de muita demanda. Devido para o fato de uma baixa velocidade de desidratação e formação de um produto fibroso denso, existem problemas quando de liberação do material a partir do fio da máquina de papel. Existe também um risco de que uma desidratação excessivamente forte possa provocar furos (pin-holes) na rede, o que deteriora a qualidade do produto. Uma outra variável crítica é a de formação da rede, no qual por sua vez afeta as propriedades de rede.

[0003] Vários métodos de fabricação foram propostos para fazer películas de MFC ou NFC [nanofibrillated cellulose (NFC)] (celulose nanofibrilada), tais como películas autoportantes por revestimento de NFC sobre material de suporte de plástico, como PE ou PET (pedido de patente internacional número WO13060934A2).

[0004] O pedido de patente japonês número JP10095803A apresenta um método em que nanocelulose bacteriana [bacterial nanocellulose (BNC)] é pulverizada sobre papel que atua como um substrato de base. Métodos similares, isto é, para utilizar substrato de papel ou de papelão foram estudados e reportados bastante freqüentemente no estado da técnica.

[0005] O pedido de patente norte americano número US2012298319A ensina um método de fabricação de película de MFC por aplicação de fornecimento diretamente sobre um substrato poroso, por conseqüência, possibilitando que a MFC viesse a ser desidratada e filtrada.

[0006] O pedido de patente internacional número WO12107642A1 visa o problema com as propriedades higroscópicas de MFC, que foram solucionadas por utilização de solvente orgânico quando de preparação das películas.

[0007] O pedido de patente internacional número WO2017046754A1 é direcionado para a adição de um polímero anfotérico para uma suspensão de celulose microfibrilada.

[0008] O pedido de patente norte americano número US20140102649A1 é direcionado para um processo para a produção de papel, papelão e cartolina possuindo alta resistência a seco por adição de uma composição aquosa compreendendo uma nanocelulose e pelo menos um polímero selecionado a partir do grupo consistindo de polímeros aniônicos e polímeros catiônicos solúveis em água, drenagem do estoque de papel e secagem dos produtos de papel.

[0009] Celulose altamente fibrilada, tal como celulose fibrilada não modificada ou nanocelulose, possui uma tendência para se auto-agregar ou aglomerar e formar grandes feixes quando presente em uma suspensão. Os feixes são tipicamente fibrilas agregadas ou aglomeradas e podem também conter, por exemplo, finos. Os feixes são grandes o suficiente para serem observados por microscópio óptico e,

no caso de feixes grandes, até mesmo sem microscópio. Os feixes podem ser um problema em termos de qualidade e estabilidade de produto o que afeta, por exemplo, capacidade de segurar (fixar) água, propriedades (de barreira) de formação de película, propriedades ópticas, desempenho de força (resistência) e de reforço e bem como comportamento de operabilidade durante fabricação de substrato. O problema de fibras ou fibrilas sendo aglomeradas depois de serem suspensas é particularmente comum quando a suspensão também contém fibras relativamente longas e/ou finos. Por conseqüência, a auto-agregação ou aglomeração com referida aqui aparece quando uma suspensão de celulose microfibrilada é submetida para armazenamento ou está sendo agitada. A auto-agregação ou aglomeração tipicamente se inicia brevemente depois que o material fibrilado tiver sido produzido e aumenta ao longo do tempo e sobre agitação da suspensão. A formação de aglomerados é particularmente problemática quando de fabricação de produtos finos, tais coma películas, papel fino, filtros de papel fino, etc..

[0010] Em tentativas para solucionar este problema, a utilização de vários aditivos para MFC foi proposta no estado da técnica, mas estão são na sua maior parte utilizadas para aperfeiçoar efeitos de retenção ou de força (resistência), ou então, para facilitar redispersão de MFC.

[0011] Deve ser assumido que a formação de flocos e feixes poderia ser reduzida por misturação intensiva do material em uma suspensão, mas infelizmente o efeito oposto foi observado, isto é, feixes são de fato formados durante misturação, pelo menos em determinadas taxas de cisalhamento. A utilização de desintegração mecânica de alto cisalhamento, que pode quebrar os flocos e feixes formados, geralmente requer adicionais investimentos e soluciona o problema somente temporariamente.

[0012] Existe, por conseqüência, uma necessidade para um método aperfeiçoado para manipulação de MFC em suspensões e para preparar uma suspensão com estabilidade de armazenamento aperfeiçoada, em que a formação de aglomerados de fibra em suspensões de nanocelulose pode ser reduzida e em que desidratação, retenção e propriedades de estrutura de rede podem ser controladas e aperfeiçoadas quando de preparação de um produto compreendendo celulose microfibrilada. Sumário

[0013] É um objetivo da presente divulgação o de proporcionar um método aperfeiçoado de fabricação de um produto fibroso compreendendo celulose microfibrilada, que elimina ou alivia pelo menos algumas das desvantagens dos métodos do estado da técnica. É também um objetivo da presente invenção o de proporcionar um método para prevenir ou reduzir a aglomeração de fibras ou fibrilas em uma suspensão.

[0014] A presente invenção é definida pelas reivindicações de patente independentes anexadas. Concretizações são estabelecidas nas reivindicações de patente dependentes anexadas e na descrição a seguir.

[0015] Foi surpreendentemente descoberto que por utilização de um método de dosagem química de dois componentes, é possível significativamente reduzir e prevenir formação de feixe de fibrila em uma suspensão de MFC. Foi descoberto que, comparado com o estado da técnica, a adição de um polímero aniônico para a suspensão de MFC significa que a formação de aglomerados de fibra ou fibrila pode ser reduzida, em combinação com a adição de uma quantidade relativamente baixa de polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico para a suspensão.

[0016] Em concordância com um primeiro aspecto, é proporcionado um método para a produção de um produto fibroso a partir de uma rede fibrosa, em que o método compreende as etapas de: - provisão de uma suspensão fibrosa compreendendo uma celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é na faixa de 60% em peso até 99,9% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total; - adição de um polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico possuindo um peso molecular de pelo menos 50.000 g/mol para referida suspensão; - adição de um polímero aniônico possuindo um peso molecular de pelo menos 100.000 g/mol para referida suspensão para proporcionar uma mistura de referida celulose microfibrilada, referido polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e referido polímero aniônico; - provisão de referida mistura para um substrato para formar uma rede fibrosa, em que a quantidade de polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico em referida mistura é na faixa de 0,1 kg/tonelada métrica até 20 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total e em que a quantidade de polímero aniônico em referida mistura é na faixa de 0,01 kg/tonelada métrica até 10 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total; e: - desidratação de referida rede fibrosa para formar um produto fibroso.

[0017] Por anfotérico se quer significar que o polímero contém grupos tanto catiônicos e quanto aniônicos (carregáveis). O nível de carga é determinado por grau de substituição, pH e, por exemplo, tipo de eletrólito e concentrações. Por fracamente catiônico se quer significar que o polímero contém grupos catiônicos, mas possui uma densidade de carga de menos do que 1 mEq/g em pH 4,5; preferivelmente de menos do que 0,7 mEq/g ou de menos do que 0,5 mEq/g.

[0018] Por provisão de uma mistura da celulose microfibrilada, do polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico, e bem como do polímero aniônico, é proporcionada uma maneira de redução da quantidade de aglomeração da celulose microfibrilada na suspensão. Isto facilita a fabricação de um produto fibroso, sem as desvantagens normalmente associadas com este tipo de processo.

[0019] Em concordância com uma concretização, a produção do produto fibroso é feita em uma máquina de fabricação de papel onde o substrato é um fio poroso sobre o qual a rede fibrosa é formada. Em concordância com uma concretização, a velocidade de produção de referida máquina de fabricação de papel pode ser na faixa de 20 m/min até

1.200 m/min.

[0020] O produto fibroso pode, por exemplo, ser uma película. A película pode possuir um peso base de menos do que 40 g/m2 e uma densidade na faixa de 700 kg/m3 até

1.600 kg/m3.

[0021] Através do método em concordância com a presente invenção é, por conseqüência, possível formar uma rede úmida e/ou película sobre o fio e pegar a película formada a partir do fio em uma alta velocidade de produção, o que foi previamente considerado ser muito difícil. Em uma alta velocidade de produção é importante possuir uma rápida desidratação, que pode ser facilitada por sucção a vácuo, onde as películas compreendendo a celulose microfibrilada podem ser tratadas por vácuo sob/parte de trás do fio.

[0022] Em concordância com uma concretização do primeiro aspecto, a rede fibrosa é preferivelmente formada por adição da mistura, preferivelmente por lançamento (moldagem) da suspensão, em cima do substrato. O substrato pode ser um substrato de papel ou papelão, por conseqüência, formando um substrato de papelão ou papel revestido com uma película de celulose microfibrilada. O substrato pode também ser um polímero ou substrato de metal. A rede fibrosa revestida pode, então, ser seca de qualquer maneira convencional e depois disso descamada a partir do substrato. A rede fibrosa descamada é depois disso conduzida para um equipamento de secagem para criar um produto fibroso seco.

[0023] Em concordância com uma concretização do primeiro aspecto, o polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico é um polímero anfotérico. Preferivelmente, o polímero anfotérico é selecionado a partir do grupo compreendendo polissacarídeos anfotéricos e hidrocolóides anfotéricos. O polímero anfotérico pode ser polímeros naturais assemelhados à goma, amido anfotérico, derivado de celulose anfotérica, proteína anfotérica, hemicelulose anfotérica ou xilano modificado anfotérico ou misturas dos mesmos. Preferivelmente, o polímero possui um peso molecular de pelo menos 50.000 g/mol, tal como de pelo menos 100.000 g/mol. Preferivelmente, o polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico interage com a celulose microfibrilada na suspensão, tal como por interação eletrostática, ligação de hidrogênio, forças de van der Waals ou é tracionado por liberação de moléculas de água a partir das superfícies de celulose altamente hidratadas.

[0024] O polissacarídeo anfotérico ou hidrocolóide anfotérico pode ser goma guar anfotérica. A goma guar pode também ser não carregada, tal como goma guar nativa. Goma guar primordialmente consiste dos polissacarídeos de alto peso molecular compostos de galactomananos que consistem de uma cadeia linear de (14)-unidades de -D-manopiranosil ligadas com (16)- resíduos de -D-galactopiranosil ligados como cadeias laterais. A proporção manose:galactose é de aproximadamente 2:1.

[0025] O polímero anfotérico, tal como um polissacarídeo ou polímero hidrocolóide pode, por conseqüência, ser um polímero biocom base sobre. Foi descoberto que a adição de goma guar anfotérica para a suspensão de celulose microfibrilada reduz a adesão para o fio de fabricação de papel e também aperfeiçoa as propriedades de barreira de uma película fabricada em concordância com a presente invenção.

[0026] Em concordância com uma concretização, a quantidade de goma guar anfotérica na rede é na faixa de 0,1 kg/tonelada métrica até 20 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total. Preferivelmente, a quantidade de goma guar anfotérica na rede é na faixa de 0,1 kg/tonelada métrica até 5 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total, tal como na faixa a partir de 0,4 kg/tonelada métrica até 2 kg/tonelada métrica ou de 0,4 kg/tonelada métrica até 1 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total.

[0027] Em concordância com uma outra concretização, o polímero anfotérico pode ser uma proteína anfotérica.

[0028] Em concordância com ainda uma concretização, o polímero anfotérico pode ser um amido anfotérico.

[0029] Em concordância com uma concretização do primeiro aspecto, o polímero aniônico é selecionado a partir do grupo compreendendo MFC aniônica superfina, carboximetilcelulose aniônica, polímeros sintéticos, tais como poliacrilamida aniônica ou gomas guar aniônicas ou misturas dos mesmos. Preferivelmente, o polímero aniônico possui um peso molecular de pelo menos 100.000 g/mol, tal como de pelo menos 200.000 g/mol. O polímero aniônico pode ser poliacrilamida aniônica (A-PAM).

[0030] Em concordância com uma concretização, a quantidade de polímero aniônico na rede compreendendo a celulose microfibrilada, o polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e o polímero aniônico, é na faixa de 0,01 kg/tonelada métrica até 10 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total. Preferivelmente, a quantidade de goma guar anfotérica na rede compreendendo a celulose microfibrilada e a goma guar, é na faixa de 0,02 kg/tonelada métrica até 5 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total, tal como na faixa a partir de 0,1 kg/tonelada métrica até 2 kg/tonelada métrica ou de 0,1 kg/tonelada métrica até 1 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo sólido seco total. Preferivelmente, o polímero aniônico possui interação limitada com a celulose microfibrilada na suspensão.

[0031] Os polímeros podem ser proporcionados separadamente ou misturados para uma solução ou suspensão que é adicionada para a suspensão compreendendo MFC. A solução ou suspensão de polímero pode ser concentrada e possuir um conteúdo seco de cerca de 70% ou 60% ou 50% ou 40% ou 30% ou 20%. Alternativamente, os polímeros podem ser adicionados para a suspensão de MFC um de cada vez. Alternativamente, alguns ou todos dos polímeros podem ser colocados em contato com a MFC antes do ou no tempo de preparação da suspensão de MFC.

[0032] Em concordância com uma concretização do primeiro aspecto, a celulose microfibrilada possui um valor de Schopper Riegler (SR0) de mais do que 90 SR0, ou de mais do que 93 SR0, ou de mais do que 95 SR0. A área de superfície do produto fibroso é tipicamente de cerca de 1 m2/g até 200 m2/g, tal como de 50 m2/g até 200 m2/g, quando determinada para uma material congelado seco com o método de BET.

[0033] Em concordância com um segundo aspecto, é proporcionada uma película compreendendo celulose microfibrilada e polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico, obtida pelo método em concordância com o primeiro aspecto, em que referida película possui um peso base de menos do que 40 g/m2 e uma densidade na faixa de 700 kg/m3 até 1.600 kg/m3.

[0034] Em concordância com um terceiro aspecto, é proporcionado um laminado compreendendo uma película em concordância com o segundo aspecto e um polímero termoplástico, tal como qualquer um de um polietileno, um polietileno tereftalato e um ácido de polilático.

[0035] A estrutura de laminado pode proporcionar propriedades de barreira até mesmo mais superiores.

[0036] Em concordância com uma concretização do terceiro aspecto, o polietileno pode ser qualquer um de um polietileno de alta densidade e um polietileno de baixa densidade.

[0037] Em concordância com um quarto aspecto, é proporcionada a película em concordância com o segundo aspecto ou o laminado em concordância com o terceiro aspecto, em que referida película ou referido laminado é aplicada/o para a superfície de qualquer um de um produto de papel e um papelão.

[0038] Um quinto aspecto da presente invenção é um método para reduzir aglomeração de fibras ou fibrilas em uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada, em que a suspensão contém 0,3% em peso – 5% em peso de sólidos, compreendendo as etapas de: - provisão de uma suspensão fibrosa compreendendo uma celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é na faixa de 60% em peso até 99,9% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total; - adição de um polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico possuindo um peso molecular de pelo menos 50.000 g/mol para referida suspensão; - adição de um polímero aniônico possuindo um peso molecular de pelo menos 100.000 g/mol para referida suspensão para proporcionar uma mistura de referida celulose microfibrilada, referido polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e referido polímero aniônico.

[0039] A suspensão em concordância com este quinto aspecto pode ser armazenada, transportada e opcionalmente desidratada ou seca. A suspensão pode ser utilizada na fabricação de papel, películas, papelão, revestimento, revestimento de barreira, produtos não tecidos, cordas, fios, compósitos e outros produtos nos quais é desejável incluir celulose microfibrilada. Na fabricação de papel, a suspensão em concordância com o quinto aspecto da presente invenção é tipicamente adicionada para a extremidade úmida de um processo convencional para fabricação de papel. A proporção ou quantidade de suspensão adicionada para a extremidade úmida depende das características desejáveis do produto de papel a ser produzido. Descrição detalhada

[0040] Em concordância com o método inventivo, um produto fibroso, tal com uma película é formado, por provisão de uma suspensão fibrosa em cima de um substrato e desidratação da rede para formar referido produto fibroso, tal com uma película.

[0041] Em concordância com uma concretização, uma suspensão compreendendo uma celulose microfibrilada é proporcionada para formar referido produto fibroso.

[0042] O conteúdo fibroso da suspensão fibrosa pode, em concordância com uma concretização, ser na faixa a partir de 60% em peso até 99,9% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total. Em concordância com uma concretização alternativa, o conteúdo fibroso pode ser na faixa de 70% em peso até 95% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total, ou na faixa a partir de 75% em peso até 90% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total.

[0043] Em concordância com uma concretização, o conteúdo fibroso é exclusivamente formado pela celulose microfibrilada.

[0044] Celulose microfibrilada (MFC) deverá no contexto do pedido de patente significar uma fibra ou fibrila de partícula de celulose de nano escala com pelo menos uma dimensão de menos do que 100 nm. MFC compreende parcialmente ou totalmente celulose fibrilada ou fibras de lignocelulose. As fibrilas liberadas possuem um diâmetro de menos do que 100 nm, enquanto que o diâmetro de fibrila efetivo ou distribuição de tamanho de partícula e/ou relação de aspecto (comprimento/largura) depende da fonte e dos métodos de fabricação. A fibrila a menor é chamada de fibrila elementar e possui um diâmetro de aproximadamente 2 nm – 4 nm (ver, por exemplo, Chinga-Carrasco, G., Cellulose fibres, nanofibrils and microfibrils,: The morphological sequence of MFC components from a plant physiology and fibre technology point of view, Nanoscale research letters 2011, 6:417), enquanto é comum que a forma agregada das fibrilas elementares, também definida como microfibrila (Fengel, D., Ultrastrutural behavior of cell wall polysaccharides, Tappi J., March 1970, Vol 53, No. 3), é o produto principal que é obtido quando de fabricação de MFC, por exemplo, por utilização de um processo de refino estendido ou processo de desintegração por queda de pressão. Dependendo da fonte e do processo de fabricação, o comprimento das fibrilas pode variar a partir de em torno de 1 micrômetro para mais do que 10 micrômetros. Um grau de MFC grosseiro poderia conter uma fração substancial de fibras fibriladas, isto é, fibrilas se projetando a partir da traqueide (fibra de celulose), e com uma determinada quantidade de fibrilas liberadas a partir da traqueide (fibra de celulose).

[0045] Existem diferentes acrônimos para MFC, tais como microfibrilas de celulose, celulose fibrilada, celulose nanofibrilada, agregados de fibrila, fibrilas de celulose de nano escala, nanofibras de celulose, nanofibrilas de celulose, microfibras de celulose, fibrilas de celulose, celulose microfibrilar, agregados de microfibrila, e agregados de microfibrila de celulose. MFC pode também ser caracterizada por várias propriedades físicas ou químico-físicas, tais como grande área de superfície ou sua habilidade para formar um material assemelhado a gel em baixos sólidos (1% em peso – 5% em peso) quando dispersada em água. A fibra de celulose é preferivelmente fibrilada em uma extensão tal que a área de superfície específica final da MFC formada venha a ser a partir de cerca de 1 m2/g até cerca de 300 m2/g, tal como a partir de 1 m2/g até 200 m2/g ou mais preferivelmente de 50 m2/g – 200 m2/g quando determinada para um material congelado-seco com o método de BET.

[0046] Vários métodos existem para fazer MFC, tais como refino de passe único ou múltiplo, pré-hidrólise seguida por refino ou alta desintegração de cisalhamento ou liberação de fibrilas. Uma ou diversas etapas de pré- tratamento é/são usualmente requerida/s de maneira tal a tornar fabricação de MFC tanto eficiente em energia e quanto sustentável. As fibras de celulose da polpa a ser suprida podem, por conseqüência, serem pré-tratadas enzimaticamente ou quimicamente, por exemplo, para hidrolisar ou intumescer fibra ou para reduzir a quantidade de hemicelulose ou de lignina. As fibras de celulose podem ser quimicamente modificadas antes da fibrilação, em que as moléculas de celulose contêm grupos funcionais outros (ou mais) do que aqueles encontrados na celulose original. Tais grupos incluem, entre outros, carboximetil (CMC), grupos aldeído e/ou carboxil (celulose obtida por oxidação mediada por N-oxil, por exemplo, “TEMPO”), ou amônio quaternário

(celulose catiônica). Depois de serem modificadas ou oxidadas em um dos métodos anteriormente descritos, é mais fácil desintegrar as fibras para MFC ou fibrilas de tamanho nanofibrilar ou NFC.

[0047] A celulose nanofibrilar pode conter algumas hemiceluloses; a quantidade é dependente da fonte de planta. Desintegração mecânica das fibras pré-tratadas, por exemplo, matéria prima de celulose hidrolisada, pré- intumescida, ou oxidada, é realizada com equipamento adequado, tal como um refinador, moedor, homogeneizador, coloider (colloider), moedor de fricção, sonicador de ultrassom, fluidizador, tal como microfluidizador, macrofluidizador ou homogeneizador do tipo de fluidizador. Dependendo do método de fabricação de MFC, o produto poderia também conter finos, ou celulose nanocristalina ou, por exemplo, outros produtos químicos presentes em fibras de madeira ou em processo de fabricação de papel. O produto poderia também conter várias quantidades de partículas de fibra de tamanho mícron que não foram eficientemente fibriladas. MFC é produzida a partir de fibras de celulose de madeira, tanto a partir de fibras de madeira dura ou quanto a partir de fibras de madeira macia. Ela pode também ser feita a partir de fontes microbianas, fibras de agricultura, tais como polpa de palha de trigo, bambu, bagaço, ou outras fontes de fibra de não madeira. Ela é preferivelmente feita a partir de polpa incluindo polpa a partir de fibra virgem, por exemplo, polpas mecânicas, polpas químicas e/ou polpas termomecânicas. Ela pode também ser feita a partir de papel desintegrado ou de papel reciclado. Preferivelmente, a MFC é feita a partir de fibras de madeira macia.

[0048] A definição anteriormente descrita de MFC inclui, mas não é limitada para, o novo proposto padrão TAPPI W13021 sobre nano fibrila de celulose [cellulose nanofibril (CNF)] definindo um material de nanofibra de celulose contendo fibrilas elementares múltiplas tanto com região cristalina e quanto com região amorfa, possuindo uma alta relação de aspecto com largura de 5 nm – 30 nm e relação de aspecto usualmente maior do que 50.

[0049] Em uma concretização, a MFC pode possuir um valor de Schopper Riegler (SR0) de mais do que 90. Em concordância com uma outra concretização, a MFC pode possuir um valor de Schopper Riegler (SR0) de mais do que

93. Em concordância com ainda uma outra concretização, a MFC pode possuir um valor de Schopper Riegler (SR0) de mais do que 95. O valor de Schopper Riegler pode ser obtido através do método padrão definido em EN ISO 5267-1. Este alto valor de SR é determinado para uma rede úmida repolpada, com ou sem adicionais produtos químicos, por conseqüência, as fibras não foram consolidadas para uma película ou iniciadas, por exemplo, hornificação.

[0050] O conteúdo de sólido seco desta espécie de rede, antes de desintegrada e de mensuração de SR, é de menos do que 50% (p/p). Para determinar o valor de Schopper Riegler é preferível tomar uma amostra exatamente antes da seção de fio onde a consistência de rede úmida é relativamente baixa. A pessoa especializada no estado da técnica compreende que produtos químicos de fabricação de papel, tais como agentes de retenção ou agentes de desidratação, possuem um impacto sobre o valor de SR.

[0051] O valor de SR especificado aqui, é para ser compreendido como uma indicação, mas não uma limitação, para refletir as características do material de MFC em si mesmo. Entretanto, o ponto de amostragem de MFC poderia também influenciar o valor de SR mensurado. Por exemplo, o fornecimento poderia tanto ser uma suspensão fracionada ou quanto uma suspensão não fracionada e estas poderiam possuir diferentes valores de SR. Conseqüentemente, os valores de SR especificados aqui determinados, são por conseqüência, tanto uma mistura de frações grosseiras e finas, ou quanto uma fração única compreendendo um grau de MFC proporcionando o valor de SR desejado.

[0052] Em concordância com uma outra concretização, o conteúdo fibroso é formado por uma mistura de diferentes tipos de fibras, tal como celulose microfibrilada, e uma menor quantidade de outros tipos de fibra, tal como fibras curtas, fibras finas, fibras longas, etc.. Por menor quantidade se quer significar em torno de 10% do conteúdo fibroso total na suspensão, isto é, a parte principal do conteúdo fibroso é uma celulose microfibrilada.

[0053] A MFC utilizada no contexto da presente invenção é preferivelmente MFC não quimicamente modificada, tal como MFC nativa ou MFC hidrofobizada. Entretanto, a MFC utilizada no contexto da presente invenção pode também ser uma mistura de MFC não quimicamente modificada e quimicamente modificada.

[0054] Preferivelmente, a MFC possui uma alta relação de aspecto, isto é, comprimento/diâmetro na faixa de pelo menos 100:1, preferivelmente de pelo menos 500:1 ou mais preferivelmente de pelo menos 1.000:1. Preferivelmente, a MFC é MFC nunca seca ou MFC que foi submetida para secagem ou MFC que foi concentrada para uma secura de pelo menos 20%.

[0055] A suspensão fibrosa pode também compreender outros aditivos, tal como enchimentos, pigmentos, produtos químicos de retenção, ligantes cruzados, corantes ópticos, agentes de branqueamento fluorescentes, químicos de desespumação, sais, produtos químicos de ajustamento de pH, surfactantes, biocidas, produtos químicos ópticos, pigmentos, nanopigmentos (espaçadores), etc..

[0056] Em concordância com uma outra concretização, o polímero anfotérico pode ser qualquer um de um hidrocolóide anfotérico, tais como escleroglucano, alginato, carragenina, pectinas, xantano, hemiceluloses e glucomanano anfotérico, tal como galactoglucomanano, ou uma combinação de tais polímeros. O grau de hidrocolóide pode ser tanto técnico e quanto de alta pureza.

[0057] As propriedades anfotéricas podem ser tanto naturalmente derivadas ou quanto conseguidas por modificação química por adsorção, por exemplo, sais de metal multivalente ou polieletrólitos.

[0058] Em concordância com uma concretização alternativa, o polímero anfotérico pode ser um amido.

[0059] A mistura da celulose microfibrilada, do polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e do polímero aniônico é, então, proporcionada em cima de um substrato para formar uma rede úmida.

[0060] O substrato pode ser um fio poroso de uma máquina de fabricação de papel.

[0061] A máquina de fabricação de papel pode ser qualquer tipo convencional de máquina conhecida pela pessoa especializada no estado da técnica utilizada para a produção de papel, papelão, tecido ou produtos similares.

[0062] Em concordância com uma concretização a velocidade de produção da máquina de fabricação de papel pode ser na faixa de 30 m/min até 1.200 m/min.

[0063] O substrato pode ser um substrato de papel ou papelão em cima do qual a rede é formada. O substrato também pode ser um polímero ou substrato de metal.

[0064] Subseqüentemente para a rede úmida sendo colocada em cima do substrato, ela é desidratada para formar um produto fibroso.

[0065] A desidratação pode, em concordância com uma concretização, ser desempenhada por vácuo, ar quente, calandras quentes, etc..

[0066] Em concordância com uma concretização, a rede úmida é desidratada por vácuo, isto é, água e outros líquidos, são sugados a partir da rede quando ela é colocada sobre o substrato.

[0067] Em concordância com uma concretização, o peso base do produto fibroso, tal como película, é na faixa a partir de 10 g/m2 até 40 g/m2. Em concordância com uma concretização alternativa, o peso base do produto fibroso, tal como película, é na faixa a partir de 12 g/m2 até 35 g/m2.

[0068] Em concordância com uma concretização, a densidade do produto fibroso, tal como película, é na faixa a partir de 700 g/m3 até 1.600 g/m3. Em concordância com uma concretização alternativa, a densidade do produto fibroso, tal como película é na faixa a partir de 700 g/m3 até 1.400 g/m3. Em concordância com ainda uma concretização alternativa, a densidade do produto fibroso tal como película, é na faixa a partir de 700 g/m3 até 1.200 g/m3. Em concordância com uma concretização, a densidade do produto fibroso, tal como película, é na faixa a partir de 800 g/m3 até 920 g/m3.

[0069] A densidade do produto fibroso, tal como película, pode variar dependendo de diversos fatores; um deles é o conteúdo de enchimento. Se o conteúdo de enchimento é na faixa de 10% – 20% da densidade do produto fibroso, tal como película, pode ser na parte superior da faixa, isto é, em torno de 1.400 kg/m3 – 1.600 kg/m3.

[0070] Em concordância com uma concretização, para um produto fibroso, tal coma película, possuindo uma gramatura de 30 gsm e em uma umidade relativa de 50%, o produto fibroso, tal como película, pode possuir uma taxa de transmissão de oxigênio [oxygen transmission rate (OTR)] abaixo de 30 cc/m2/24h, ou abaixo de 5 cc/m2/24h mensurado em concordância com o padrão ASTM D-3985.

[0071] Em concordância com uma concretização, o produto fibroso, tal como película, compreendendo a celulose microfibrilada pode ser laminado para um ou com um polímero termoplástico. O polímero termoplástico pode ser qualquer um de um polietileno (PE), um polietileno tereftalato (PET) e um ácido polilático (PLA). O polietileno pode ser qualquer um de um polietileno de alta densidade [high density polyethylene (HDPE)] e um polietileno de baixa densidade [low density polyethylene

(LDPE)], ou várias combinações dos mesmos. Por utilização, por exemplo, de PLA como o polímero termoplástico, o produto pode ser formado completamente a partir de materiais biodegradáveis.

[0072] A película ou o laminado podem também ser aplicada/os para outros produtos de papel, tais como recipientes para alimentos, folhas de papel, placas de papel ou papelões ou outras estruturas que necessitam ser protegidas por uma película de barreira. Exemplos

[0073] O efeito de misturação de suspensões de fibra em um misturador de Diaf sobre agregação de fibrila foi estudado na presença de vários aditivos. Precedentemente para misturação, as suspensões foram diluídas para 1,5% em peso de consistência utilizando água de RO (reverse osmosis) (osmose reversa). A dispersão inicial foi tipicamente feita por dispersão de uma quantidade ajustada de suspensão de fibra em uma solução diluída de aditivo de produto químico utilizando um misturador de haste por 30 segundos (= modo de adição padrão). Em um modo de adição reversa, a solução diluída de aditivo de produto químico foi aplicada para a suspensão de fibrila. Em sistemas de aditivo duplo padrão, o primeiro produto químico foi aplicado utilizando o modo de adição padrão, isto é, fibrilas introduzidas para a solução de aditivo, e o segundo aditivo foi dosado para a mistura formada. No modo duplo reverso, ambas as soluções de produto químico foram introduzidas para a suspensão de fibrila. Em modo de pré-misturação, os aditivos de produto químico foram misturados juntamente precedentemente para introdução das fibrilas para a solução formada utilizando o modo de adição padrão. O tempo de contato entre aditivos e fibrilas foi mantido curto.

[0074] As suspensões obtidas foram, então, misturadas em um misturador de Diaf por 10 minutos. Amostras foram tomadas depois de 0 min (= misturadas com misturador de haste), e depois de misturação da suspensão em um misturador de Diaf por 2 min e por 10 min. As amostras foram diluídas para 0,01% de consistência e visualmente avaliadas para avaliar o efeito de diferentes aditivos para formação de agregado durante misturação.

[0075] A avaliação visual foi feita na seguinte base: O = agregação pesada observada como um resultado de misturação. 1 = quantidade de agregados foi claramente aumentada em misturação, possivelmente algum fio formado na lâmina. 2 = alguns grupos soltos em lâmina, quantidade de agregados não foi significativamente aumentada em misturação. 3 = aglomerados soltos na lâmina, quantidade de agregados foi reduzida em alguma extensão como um resultado de misturação. 4 = claro efeito de dispersão, formação de agregados claramente reduzida.

Amostra Modo de Aditivo 1, Aditivo 2, Avaliação adição de pp% de fibra pp% de fibra produto de o.d. de o.d. químico Referência - - - 1 Goma guar Padrão 0,1 - 2,5 nativa (GG) Alto Mw A-PAM Padrão 0,05 3 (H-APAM) Baixo Mw A-PAM Padrão 0,05 1,5 (L-APAM) C-PAM Padrão 0,05 1 Surfactante Padrão 0,05 1 não iônico de baixa espuma GG + H-APAM Padrão GG 0,1 H-APam 4 duplo 0,05 H-APAM + GG Padrão H-APAM GG 0,1 4- duplo 0,05 GG + L-APAM Padrão GG 0,1 L-APAM 3+ duplo 0,05 L-APAM + GG Padrão L-APAM GG 0,1 3+ duplo 0,05 L-APAM + GG Pré- L-APAM GG 0,1 1,5 misturação 0,05 GG + C-PAM Padrão GG 0,1 C-PAM 3,5 duplo 0,05 GG + L-APAM Reverso GG 0,1 L-APAM 3+ duplo 0,05 APAM = poliacrilamida aniônica C-PAM = poliacrilamida catiônica GG = Goma guar

[0076] Em vista da descrição anteriormente detalhada da presente invenção, outras modificações e variações irão se tornar aparentes para aquelas pessoas especializadas no estado da técnica. Entretanto, deve ser aparente que tais outras modificações e variações podem ser efetuadas sem afastamento a partir do espírito e do escopo da presente invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Um método para reduzir ou prevenir aglomeração de fibras ou fibrilas em uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada, em que a suspensão contém 0,3% em peso – 5% em peso de sólidos, compreendendo as etapas de: - provisão de uma suspensão fibrosa compreendendo uma celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é na faixa de 60% em peso até 99,9% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total; - adição de um polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico possuindo um peso molecular de pelo menos 50.000 g/mol para referida suspensão; - adição de um polímero aniônico possuindo um peso molecular de pelo menos 100.000 g/mol para referida suspensão para proporcionar uma mistura de referida celulose microfibrilada, referido polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e referido polímero aniônico.

2. Um método para a produção de um produto fibroso a partir de uma suspensão fibrosa, em que o método compreende as etapas de: - provisão de uma suspensão fibrosa compreendendo uma celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é na faixa de 60% em peso até 99,9% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total; - adição de um polímero não carregado,

anfotérico ou fracamente catiônico possuindo um peso molecular de pelo menos 50.000 g/mol para referida suspensão; - adição de um polímero aniônico possuindo um peso molecular de pelo menos 100.000 g/mol para referida suspensão para proporcionar uma mistura de referida celulose microfibrilada, referido polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e referido polímero aniônico; - provisão de referida mistura para um substrato para formar uma rede fibrosa, em que a quantidade de polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico em referida mistura é na faixa de 0,1 kg/tonelada métrica até 20 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total e em que a quantidade de polímero aniônico em referida mistura é na faixa de 0,01 kg/tonelada métrica até 10 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total; e: - desidratação de referida rede fibrosa para formar um produto fibroso.

3. O método de acordo com a reivindicação 2, em que a produção do produto fibroso é feita em uma máquina de fabricação de papel onde o substrato é um fio poroso sobre o qual a mistura forma uma rede fibrosa.

4. O método de acordo com a reivindicação 3, em que a velocidade de produção de referida máquina de fabricação de papel é na faixa de 20 m/min até 1.200 m/min.

5. O método de acordo com a reivindicação 2, em que o substrato é um papel, um papelão, um substrato de polímero ou um metal.

6. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 - 5, em que o produto fibroso é uma película.

7. O método de acordo com a reivindicação 6, em que a película possui um peso base de menos do que 40 g/m2 e uma densidade na faixa a partir de 700 kg/m3 até 1.000 kg/m3.

8. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 - 7, em que o polímero anfotérico de polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico é goma guar anfotérica.

9. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 - 7, em que o polímero anfotérico de polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico é goma guar não carregada.

10. O método de acordo com as reivindicações 8 ou 9, em que o conteúdo de referida goma guar na rede é na faixa de 0,1 kg/tonelada métrica até 20 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total.

11. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 - 10, em que o polímero aniônico é MFC superfina, carboximetilcelulose aniônica, polímeros sintéticos, tais como poliacrilamida aniônica ou goma guar aniônica.

12. O método de acordo com a reivindicação 11, em que o polímero aniônico é poliacrilamida aniônica.

13. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 12, em que o conteúdo de polímero aniônico na rede é na faixa de 0,02 kg/tonelada métrica até 5 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total.

14. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a celulose microfibrilada possui um valor de Schopper Riegler (SR0) de mais do que 90 SR0, ou de mais do que 93 SR0, ou de maios do que 95 SR0.

15. O método de acordo com quaisquer das reivindicações precedentes, em que a celulose microfibrilada é celulose microfibrilada nunca seca ou celulose microfibrilada que foi submetida para secagem ou celulose microfibrilada que foi concentrada para uma secura de pelo menos 20%.

16. Uma película compreendendo celulose microfibrilada e um polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico e um polímero aniônico obtida pelo método conforme definido nas reivindicações 2 até 15, em que referida película possui um peso base de menos do que 40 g/m2 e uma densidade na faixa de 700 kg/m3 até 1.000 kg/m3.

17. Um laminado compreendendo uma película conforme definida na reivindicação 16, e um polímero termoplástico, tal como qualquer um de polietileno, um polietileno tereftalato e ácido polilático.

18. Um laminado de acordo com a reivindicação 17, em que o polietileno é qualquer um de um polietileno de alta densidade e um polietileno de baixa densidade.

19. A película de acordo com a reivindicação 16 ou o laminado de acordo com as reivindicações 17 ou 18, em que referida película ou referido laminado é aplicado para uma superfície de qualquer um de um produto de papel ou de papelão.

20. Uma suspensão conforme definida na reivindicação 1.

21. Uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada, em que a suspensão contém 0,3% em peso – 5% em peso de sólidos e compreende: - celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é na faixa de 60% em peso até 99,9% em peso com base sobre o conteúdo de sólido seco total da suspensão; - um polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico possuindo um peso molecular de pelo menos 50.000, em que o conteúdo do polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico é de 0,1 kg/tonelada métrica até 20 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total da suspensão; - um polímero aniônico possuindo um peso molecular de pelo menos 100.000 g/mol em que o conteúdo do polímero não carregado, anfotérico ou fracamente catiônico é 0,02 kg/tonelada métrica até 5 kg/tonelada métrica com base sobre o conteúdo de sólido seco total da suspensão.

22. A utilização de uma suspensão conforme definida nas reivindicações 20 ou 21, na fabricação de papel, película, papelão, revestimento, revestimento de barreira, produto não tecido, cordas, fios ou um compósito.

23. Um processo para fabricação de papel, caracterizado pelo fato de que uma suspensão conforme definida nas reivindicações 20 ou 21 é adicionada para a extremidade úmida do processo de fabricação de papel.