BR112020015781A2 - Processo para produção de uma película (filme) compreendendo celulose microfibrilada - Google Patents

Abstract

a presente invenção se refere a um processo para fabricação de uma película (um filme) compreendendo altas quantidades de celulose microfibrilada [microfibrillated cellulose (mfc)], possuindo propriedades hápticas. em concordância com a presente invenção, uma rede compreendendo mfc é formada, seguida pela adição de partículas possuindo um diâmetro médio de pelo menos 1 ¿m para a rede úmida, seguida por desidratação e/ou secagem. a rede úmida pode ser formada, por exemplo, por métodos de deposição úmida ou de formação de fundido (de moldagem). as partículas podem ser adicionadas para a rede úmida, por exemplo, por revestimento de fundição ou pulverização.

Description

”PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA PELÍCULA (FILME) COMPREENDENDO CELULOSE MICROFIBRILADA“ Campo técnico

[0001] A presente invenção é direcionada para um processo para fabricação de uma película (um filme) compreendendo altas quantidades de celulose microfibrilada [microfibrillated cellulose (MFC)], possuindo propriedades hápticas. Em concordância com a presente invenção, uma rede úmida compreendendo MFC é formada, seguida por adição de partículas possuindo um diâmetro médio de pelo menos 1 m para a rede úmida, seguida por desidratação e/ou secagem. A rede úmida pode ser formada, por exemplo, por métodos de deposição úmida ou de formação de fundido (de moldagem). As partículas podem ser adicionadas para a rede úmida, por exemplo, por revestimento de fundição, revestimento de cortina ou pulverização. Panorama

[0002] Existe um interesse crescente em se ter capacidade para proporcionar estruturas tridimensionais sobre superfícies, tais como superfícies de materiais de embalagem, películas finas, papel e papelão. As estruturas de superfície tridimensionais tipicamente proporcionam um efeito háptico, isto é, as estruturas tridimensionais proporcionam uma sensação sensorial, por exemplo, de maneira tal que uma pessoa tocando a superfície tem capacidade para perceber que a superfície possui uma estrutura tridimensional, isto é, um efeito tátil. Dependendo da estrutura específica considerada, o efeito háptico influencia a percepção da pessoa da superfície e de suas propriedades.

[0003] Películas compreendendo altas quantidades de celulose microfibrilada (MFC) são conhecidas no estado da técnica. Dependendo de como elas são produzidas, as películas podem possuir propriedades de resistência (robustez) e/ou de barreira particularmente vantajosas, embora sendo biodegradáveis e renováveis. Películas compreendendo MFC são, por exemplo, utilizadas na fabricação de materiais de embalagem e podem ser laminadas ou de outra forma proporcionadas sobre a superfície de materiais de papel ou papelão.

[0004] É conhecido que películas ou redes de MFC compreendendo altas quantidades de MFC são difíceis para desidratar. Várias soluções químicas e mecânicas foram testadas, tais como diferentes produtos químicos de retenção, polímeros, fibras longas, diferentes conceitos de desidratação, etc.. Tipicamente, a demanda catiônica ou carga de suspensões de fibra de fabricação de papel em uma extremidade úmida é muito importante para retenção e desidratação. Regulagem de carga, tal como iônica ou neutralização de carga e/ou ponte de polímero auxiliam em tradicional floculação e desidratação e retenção, respectivamente, de fibra. A utilização de produtos químicos de retenção com base sobre nanopartículas foi testada em alguma extensão, particularmente em fabricação de papel convencional que, portanto, visa em direção de controle de carga e de interpartícula. Tais conceitos de retenção são eficientes, por exemplo, quando funcionando em velocidades de máquina mais altas ou se a suspensão é difícil para desidratar.

[0005] Entretanto, para conseguir um efeito háptico sobre uma superfície ou para um substrato, partículas relativamente grandes são usualmente requeridas. Adição de tais partículas para a extremidade úmida de um processo para fabricação de substratos finos, tais como películas de MFC podem negativamente influenciar as propriedades de resistência e de barreira da película. A introdução de tal partícula ou componentes estranha/os para uma extremidade úmida pode também alterar a química de extremidade úmida, provocando mudanças nas interações de interpartícula e intrapartícula. Determinadas partículas, especialmente partículas grandes, não são coloidalmente estáveis e requerem um diferente método de estabilização ou modo de dosagem de maneira tal a evitar sedimentação ou entupimento, por exemplo, de bocais ou tecidos de fio. Pode também ser vantajoso, não somente a partir de uma perspectiva de custos, que as partículas ou componentes adicionada/os para o substrato estão em forma nativa. Muitas das partículas com propriedades hápticas interessantes poderiam adicionalmente possuir química complexa, que provoca interações de interferência não intencionais ou não desejadas com ou entre os componentes no fornecimento.

[0006] Tradicionalmente, modificação de superfície para proporcionar uma experiência háptica, por exemplo, de produtos de papel é conseguida por em primeiro lugar fabricação do papel e, então, modificação da superfície do papel seco em um processo separado, tal como por impressão, que tipicamente também requer adicionais produtos químicos, tal como um aglutinante (ligante) para assegurar que partículas venham a ser atadas para a superfície seca do papel. Uma outra solução é a de adicionar determinados tipos de fibras para a extremidade úmida ou, então, a de utilizar aditivos especiais no revestimento mineral para proporcionar efeitos hápticos.

[0007] O pedido de patente internacional número WO 2014/154937 A1 se refere a um método para produção de papel ou papelão compreendendo provisão de um estoque compreendendo fibras de celulose, adição de uma mistura compreendendo celulose microfibrilada e um aditivo de resistência (de robustez) para o estoque, adição de uma micropartícula para o estoque depois da adição de referida mistura, desidratação do estoque sobre um fio para formar uma rede, e desidratação da rede.

[0008] O pedido de patente norte americano número US 2003/152724 se refere a um papelão revestido possuindo propriedades táteis, fabricado por agentes texturizados de impressão para a superfície de papel, seguido por aquecimento e cura.

[0009] Existe uma necessidade para um eficiente método para preparação de películas compreendendo uma alta quantidade de MFC, referidas películas também proporcionando uma experiência háptica, preferivelmente com propriedades de barreira e de resistência essencialmente mantidas. Eficiência de produção em termos de funcionalidade durante a produção da película é importante para se ter capacidade para produzir com eficiência de custos uma película com propriedades de barreira e de resistência adequadas. É desejável que o processo venha a ser adequado para produção em larga escala e a minimizar a necessidade para adicionais produtos químicos para conseguir os efeitos hápticos. Adicionalmente, deveria ser desejável se uma tal película compreendendo uma alta quantidade de MFC pudesse ser renovável (opcionalmente biodegradável e/ou compostável) e essencialmente livre a partir de plástico. Sumário

[0010] É um objetivo da presente divulgação o de proporcionar um método aperfeiçoado de fabricação de uma película (um filme) compreendendo uma alta quantidade de celulose microfibrilada (MFC), possuindo propriedades hápticas.

[0011] Foi surpreendentemente descoberto que por utilização de um processo em que uma rede úmida compreendendo pelo menos 50% em peso de MFC é formada com base sobre o conteúdo seco da rede úmida (peso seco de MFC, peso seco da rede), seguida pela adição de partículas possuindo um diâmetro médio de 1 m para a rede úmida, seguida por desidratação e/ou secagem, substratos ou películas possuindo propriedades hápticas, mas essencialmente mantidas propriedades de resistência e de barreira podem ser conseguidas. A rede úmida pode ser formada, por exemplo, por métodos de deposição úmida ou de formação de fundido (de moldagem). As partículas podem ser adicionadas para a rede úmida, por exemplo, por revestimento de fundido, gotejamento, impregnação, revestimento de cortina, tais como matriz de fenda, deposição de partícula, impressão de jato de tinta ou pulverização. O revestimento pode ser revestimento seco ou revestimento úmido ou, por exemplo, um processo de revestimento de transferência de película. O revestimento pode também ser realizado por um processo de imersão. As partículas sendo adicionadas para a rede úmida podem ser adicionadas sobre uma lateral ou sobre ambas as laterais da rede úmida.

[0012] Pelo processo em concordância com a presente invenção, uma estrutura ou textura háptica tridimensional pode ser conseguida sobre a película, enquanto ainda conseguindo as desejáveis propriedades de barreira e resistência. A estrutura tridimensional pode, por exemplo, ser percebida como possuindo uma determinada temperatura, dureza, rugosidade (aspereza), elasticidade, viscosidade, escorregadia ou emborrachada.

[0013] No contexto do presente pedido de patente, o efeito ou propriedade háptico/a pode ser relacionado/a para uma estrutura ou textura tridimensional da superfície considerada. Por exemplo, a textura da superfície pode ser de maneira tal que as superfícies são sentidas suaves ou determinam (dão) um sentimento de fricção. Elas podem também ser irregulares e podem ainda mesmo proporcionar um padrão, ou outros recursos de comunicação com um indivíduo com, por exemplo, visão limitada. Na extensão de um padrão que é proporcionado pode possuir uma determinada orientação, mas pode alternativamente ser irregular. Pode também existir um efeito funcional associado com a propriedade háptica, tal como facilitação da manipulação do objeto proporcionado com a superfície, por exemplo, por fricção aumentada sobre sua superfície para facilitar agarrar e segurar (prender) o objeto. O efeito ou propriedade háptico/a pode também ser um efeito sensorial perceptível através de outros, não táteis, mecanismos sensoriais, tal como um efeito óptico que pode ser visualmente percebido. Como um efeito secundário, as etapas tomadas para proporcionar um efeito háptico pode também se proporcionar um cheiro ou aroma, isto é, uma forma de percepção olfativa ou até mesmo sabor e/ou gosto. O efeito háptico pode também ser uma combinação de efeitos, isto é, pelo menos dois efeitos sensoriais conseguidos simultaneamente, tais como uma textura de uma superfície que é visível, isto é, proporciona um efeito óptico, e pode também ser percebida e sentida por toque da superfície considerada, isto é, efeito tátil.

[0014] A resistência (tal como resistência tênsil) e/ou propriedades de barreira da película compreendem celulose microfibrilada em concordância com a presente invenção são essencialmente mantidas, comparadas com uma película compreendendo celulose microfibrilada preparada sem adição de partículas para a rede úmida. Tipicamente, as propriedades de resistência e/ou de barreira de uma película em concordância com a presente invenção é de pelo menos 50%, tal como 60% ou 70% ou 80% ou 90% das propriedades de resistência e de barreira de uma correspondente película preparada sem adição de partículas para a rede úmida.

[0015] A presente invenção é direcionada para um processo para a produção de um substrato ou de uma película (filme) fino/a intermediário/a compreendendo as etapas de: (a) provisão de uma suspensão compreendendo celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é de pelo menos 50% em peso com base sobre o conteúdo seco de sólidos da suspensão; (b) utilização da suspensão de etapa (a) para formar uma rede úmida; (c) adição de partículas possuindo um diâmetro médio de pelo menos 1 m para a rede úmida formada na etapa (b); (d) desidratação e/ou secagem da rede para formar um substrato ou película (filme) fino/a intermediário/a.

[0016] A rede úmida compreendendo MFC pode ser formada, por exemplo, por métodos de deposição úmida ou de formação de fundido (de moldagem). Para formação de deposição úmida, o processo pode ser realizado em uma máquina de fabricação de papel. A referida rede de MFC pode ser rede de camada única ou de camada múltipla.

[0017] A adição de partículas para a rede úmida é preferivelmente realizada on-line, isto é, a rede é ainda uma rede úmida e a etapa de adição de partículas é feita em conjunção com a etapa de formação da rede. Por conseqüência, o tempo decorrido entre a formação da rede e a adição de partículas é tipicamente de menos do que 10 minutos, preferivelmente de menos do que 1 minuto, mais preferivelmente de menos do que 10 segundos.

[0018] As partículas a serem utilizadas no processo em concordância com a presente invenção dependem da propriedade desejada da película sendo produzida. As partículas podem ser orgânicas ou inorgânicas, híbridas (orgânicas-inorgânicas), naturais, sintéticas e tipicamente possuem baixa solubilidade em água ou diferente natureza física / química que torna difícil formar uma dispersão estável e homogênea. Quando partículas orgânicas são utilizadas, elas podem, por exemplo, serem preparadas a partir de materiais renováveis, tais como plantas ou madeira, incluindo produtos florestais ou agrícolas ou resíduos. As partículas podem, por exemplo, ser serragem, folhas secas e trituradas, cascas secas e trituradas ou resíduos de cascas, cachos de frutas secas e trituradas, agulhas, sementes, extratos de madeira, resíduos agrícolas secos e moídos, bagas, vegetais de frutas, palha, fibras, celulose microfibrilada ou carboximetilcelulose proporcionadas na forma de partículas, etc.. As partículas podem também ser material reciclado e/ou originado a partir de um vapor desintegrado ou residual, por exemplo, a partir de um processo para fabricação de papel ou papelão.

[0019] Se partículas inorgânicas são utilizadas, elas podem ser, por exemplo, sílica ou sílica modificada ou silicatos, alumínio, talco, ou argilas, tais como montmorilonita ou bentonita, ou vários óxidos ou materiais que imitam efeitos metálicos assemelhados a ouro, prata, flocos de metal, bronze, etc..

[0020] As partículas podem também ser partículas de metal, látex, vidro, ceras, borracha ou plástico, tais como partículas termoplásticas. As partículas podem ser sensíveis à temperatura e as propriedades físico-químicas e/ou propriedades mecânicas das partículas podem mudar dependendo da temperatura circundante.

[0021] As partículas podem ser modificadas ou de superfície tratada para proporcionar propriedades de superfície desejáveis ou propriedades ópticas. As partículas podem também, em sua forma nativa ou em uma forma modificada conseguir propriedades e/ou cor de superfície desejáveis. Em adição, a película como tal pode ser colorida, isto é, pode conter corantes, tal como tinturas ou pigmentos.

[0022] As partículas podem incorporar um aglutinante (ligante). Alternativamente, um aglutinante pode ser misturado com as partículas e ser adicionado para a rede úmida juntamente com as partículas. Exemplos de aglutinantes incluem látex SB, amido, carboximetilcelulose, ácido de polivinil álcool, etc.. Os aglutinantes podem também ser adicionados em uma etapa de revestimento separada.

[0023] As partículas podem ser proporcionadas em forma seca, preferivelmente possuindo um conteúdo de umidade de menos do que 20% em peso, preferivelmente de menos do que 10% em peso. As partículas utilizadas em concordância com a presente invenção possuem um diâmetro médio individual de menos do que 1 m, mas podem formar aglomerados que são, por conseqüência, maiores agregados de partículas. Preferivelmente, as partículas possuem um diâmetro médio de pelo menos 10 m, mais preferivelmente de pelo menos 20 m ou de pelo menos 100 m. As partículas preferivelmente possuem um diâmetro médio de menos do que 2 mm. As partículas podem ser homogêneas e serem de uma faixa de tamanho definida, mas podem também ser proporcionadas como uma mistura de diferentes tipos e/ou tamanhos de partículas.

[0024] As partículas podem ser proporcionadas na forma de uma suspensão ou dispersão quando adicionadas para a rede úmida. O conteúdo seco de uma tal suspensão ou dispersão é tipicamente de 1% em peso – 60% em peso, preferivelmente de 3% em peso – 40% em peso, mais preferivelmente de 5% em peso – 30% em peso. O líquido utilizado na suspensão ou dispersão pode ser aquoso ou baseado em solvente e pode conter agentes que facilitam a formação de uma suspensão ou dispersão uniforme.

[0025] A quantidade de partículas adicionadas para a rede úmida é preferivelmente de pelo menos 1,0 kg/ton., tal como 1,0 kg/ton. – 1.000 kg/ton., 1,0 kg/ton. – 700 kg/ton., 1,5 kg/ton. – 500 kg/ton., 1,5 kg/ton. – 400 kg/ton., 2 kg/ton. – 300 kg/ton., ou 4 kg/ton. – 300 kg/ton., (sobre base seca por tonelada de sólidos secos da rede).

[0026] A celulose microfibrilada pode possuir um valor de Schopper Riegler (SR0) de mais do que 60 SR0, ou de mais do que 65 SR0, ou de mais do que 80 SR0. O valor de Schopper Riegler pode ser determinado através do método padrão definido em EN ISO 5267-1. A celulose microfibrilada possui uma área de superfície de pelo menos 30 m2/g ou mais preferível de mais do que 60 m2/g ou o mais preferido de > 90 m2/g quando determinada em concordância com o método de adsorção de nitrogênio (BET) para uma amostra intercambiada de solvente e congelada seca.

[0027] O peso base da película obtida é preferivelmente < 100 g/m2, mais preferivelmente < 70 g/m2 e o mais preferivelmente < 35 g/m2.

[0028] Depois da adição das partículas, um revestimento de proteção na forma de um aglutinante ou verniz pode ser aplicado. O revestimento de proteção pode ser aplicado para a rede úmida ou depois que a desidratação e/ou secagem tiver se iniciado. Exemplos de aglutinantes incluem celulose microfibrilada, látex SB, látex SA, látex PVAc, amido, carboximetilcelulose, polivinil álcool, etc.. A quantidade de aglutinante utilizada em um revestimento de proteção é tipicamente de 1 g/m2 – 40 g/m2, preferivelmente de 1 g/m2 – 20 g/m2 ou de 1 g/m2 – 10 g/m2. Um tal revestimento de proteção pode ser proporcionado utilizando métodos conhecidos no estado da técnica.

[0029] Em concordância com uma adicional concretização da presente invenção, é proporcionado um laminado compreendendo uma película preparada em concordância com a presente invenção e um revestimento de polímero termoplástico (baseado em fóssil ou feito a partir de fontes renováveis), tal como qualquer um de um polietileno, polivinil álcool, EVOH, amido (incluindo amidos modificados), derivados de celulose (metil celulose, hidroxipropil celulose, carboximetil celulose, etc.), hemicelulose, proteína, estireno/butadieno, estireno/acrilato, acril/vinilacetato, polipropileno, um polietileno tereftalato, polietileno furanoato, PVDC, PCL, PHB, e ácido polilático. O revestimento pode ser proporcionado, por exemplo, por revestimento de extrusão, revestimento de película ou revestimento de dispersão. Esta estrutura de laminado pode proporcionar para propriedades de barreira até mesmo mais superiores e pode ser biodegradável e/ou compostável. Em uma concretização, a película de MFC pode estar presente entre duas camadas de revestimento, tal como entre duas camadas de polietileno, com ou sem uma camada de amarração. Em concordância com uma concretização da presente invenção, o polietileno pode ser qualquer um de um polietileno de alta densidade e um polietileno de baixa densidade ou misturas ou modificações dos mesmos que pudessem prontamente ser selecionados por uma pessoa especializada no estado da técnica. Em concordância com adicional concretização é proporcionada a película ou o laminado em concordância com a presente invenção, em que referida película ou referido laminado é aplicada/o para a superfície de qualquer um de um produto de papel e um produto de papelão. A película ou laminado podem também ser parte de um material de embalagem flexível, tal como uma bolsa ou sacola de posição livre, que pode ser transparente ou translúcida. O produto pode também ser, por exemplo, de um fecho ou uma tampa. O produto pode ser incorporado para qualquer tipo de embalagem, tal como uma caixa, sacola, uma película de envoltório, copo, contêiner (recipiente), bandeja, garrafa, etc.. O produto pode também ser um rótulo (etiqueta).

[0030] o substrato fino intermediário é um produto intermediário que não foi ainda processado para a película final possuindo os valores de OTR característicos, mas pode ser processado para uma tal película em um processo de conversão posterior.

[0031] Uma concretização da presente invenção é uma película produzida em concordância com o processo da presente invenção. A película é uma folha fina, película moldável (tal como por termoformação, extração profunda, formação por prensa) ou rede. Ela compreende uma alta quantidade de celulose microfibrilada e pode ser laminada para formar uma estrutura de camada múltipla. A película pode ser transparente ou translúcida. O valor de OTR

(oxygen transmission rate) (taxa de transmissão de oxigênio) (mensurado em condições padrão) da película é preferivelmente < 200 cc/m2*dia mensurado em 50% de RH, a 230C, preferivelmente < 30, mais preferivelmente < 15 e o mais preferivelmente < 10 (isto é, antes de adicional tratamento, tal como laminação de PE) em uma gramatura de 10 gsm – 50 gsm. A espessura da película pode ser selecionada dependendo das propriedades requeridas. A espessura de película pode, por exemplo, ser de 10 m – 100 m, tal como 20 m – 50 m ou 30 m – 40 m, possuindo uma gramatura, por exemplo, de 10 gsm – 50 gsm, tal como 20 gsm – 30 gsm. A película tipicamente possui boas propriedades de barreira (por exemplo, para gás, gordura ou graxa, aroma, luz, etc.).

[0032] Uma adicional concretização da presente invenção é um produto compreendendo a película produzida em concordância com o processo da presente invenção.

[0033] Uma concretização da presente invenção é uma embalagem flexível produzida em concordância com o processo da presente invenção. Uma adicional concretização da presente invenção é uma embalagem rígida compreendendo uma película produzida em concordância com a presente invenção. Descrição detalhada

[0034] A presente invenção é direcionada para a produção de um substrato ou de uma película fino/a intermediário/a compreendendo as etapas de: (a) provisão de uma suspensão compreendendo celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é de pelo menos 50% em peso com base sobre o conteúdo seco de sólidos da suspensão; (b) utilização da suspensão de etapa (a) para formar uma rede úmida; (c) adição de partículas possuindo um diâmetro médio de pelo menos 1 m para a rede úmida formada na etapa (b); (d) desidratação e/ou secagem da rede para formar um substrato ou película (filme) fino/a intermediário/a.

[0035] A rede úmida pode ser preparada, por exemplo, por métodos de deposição úmida e formação de fundido (de moldagem). No método de deposição úmida, a suspensão é preparada e proporcionada para um fio poroso. A desidratação ocorre através do tecido de fio e opcionalmente também em uma subseqüente seção de prensa. A secagem final é usualmente feita utilizando convecção (cilindro, correia de metal) ou secagem de irradiação [irradiation drying (IR)] ou ar quente. Uma deposição úmida típica é, por exemplo, o formador de fourdrinier utilizado em fabricação de papel. No método de formação de fundido a rede úmida é formada, por exemplo, sobre uma correia de polímero ou de metal e a subseqüente desidratação inicial é predominantemente realizada em uma direção, tal como por intermédio de evaporação utilizando várias técnicas conhecidas.

[0036] Em ambas as técnicas, poderia ser benéfico preferir menos secagem de contato de maneira tal a evitar destruição da textura. Portanto, o substrato deveria preferivelmente ser seco com métodos de secagem sem impacto, tal como infravermelho [infra-red (IR)], ultravioleta (UV), feixe de elétrons [electron beam (EB)], ar quente, vapor quente, etc.. Um secador de bico macio ou secadores de contato podem ser utilizados dependendo do tipo de partículas depositadas e da textura formada ou de se um revestimento de proteção é utilizado.

[0037] A adição das partículas acontece quando a rede úmida foi formada. Por conseqüência, no tempo de adição das partículas, o conteúdo seco da rede é de 1% em peso – 80% em peso, tal como 1% em peso – 60% em peso, tal como 1% em peso – 40% em peso, tal como 3% em peso – 20% em peso. As partículas podem ser adicionadas para a completa largura da rede úmida ou para uma parte da mesma. As partículas podem também ser uma mistura ou adicionadas em diversas camadas ou em etapas seqüenciais.

[0038] As partículas podem ser adicionadas em um padrão definido ou aleatoriamente, dependendo do efeito háptico desejado.

[0039] O conteúdo de celulose microfibrilada da suspensão é na faixa a partir de 50% em peso até 99,9% em peso com base sobre o peso de sólidos da suspensão. Em uma concretização, o conteúdo de celulose microfibrilada da suspensão pode ser na faixa de 70% em peso até 99% em peso, na faixa de 70% em peso até 95% em peso, ou na faixa a partir de 75% em peso até 99% em peso.

[0040] Celulose microfibrilada (MFC) deverá no contexto da presente divulgação significar uma fibra ou fibrila de partícula de celulose de nanoescala com pelo menos uma dimensão de menos do que 100 nm. MFC compreende celulose parcialmente ou totalmente 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.

[0041] 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).

[0042] Existem diferentes acrônimos para MFC, tais como microfibrilas de celulose, celulose fibrilada, celulose nanofibrilada, agregados de fibrila, fibrilas de celulose de nanoescala, 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 físico-químicas, 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 celulose microfibrilada possui uma área de superfície de pelo menos 30 m2/g, ou mais preferivelmente de mais do que 60 m2/g ou o mais preferivelmente > 90 m2/g quando determinada em concordância com o método (BET) de absorção de nitrogênio para uma amostra intercambiada de solvente e congelada seca.

[0043] 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 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 (CM), 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.

[0044] 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.

[0045] A definição anteriormente descrita de MFC inclui, mas não é limitada para, o novo proposto padrão TAPPI W13021 sobre nanofibrila 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.

[0046] Em concordância com uma outra concretização, a suspensão pode compreender uma mistura de diferentes tipos de fibras, tal como celulose microfibrilada, e uma quantidade de outros tipos de fibra, tais como fibras de Kraft, finos, fibras de reforço, fibras sintéticas, polpa de dissolução, TMP ou CTMP, PGW, etc.

[0047] A suspensão pode também compreender outros aditivos de processo ou funcionais, tais como, enchimentos, pigmentos, produtos químicos de resistência à umidade, produtos químicos de retenção, ligantes cruzados, amaciantes ou plastificantes, primers de adesão, agentes de umedecimento, biocidas, corantes ópticos, agentes de branqueamento fluorescente, produtos químicos de desespumação, produtos químicos hidrofobizantes, tais como AKD, ASA, ceras, resinas, etc..

[0048] A máquina de fabricação de papel que pode ser utilizada no processo em concordância com a presente invenção pode ser qualquer tipo convencional de máquina conhecida pela pessoa especializada no estado da técnica utilizada para a produção de papel, papelão, papel de seda ou produtos similares.

[0049] A desidratação da rede úmida em concordância com a rede úmida pode ser realizada utilizando métodos conhecidos no estado da técnica. Por exemplo, a rede úmida pode ser proporcionada sobre um fio, e ser desidratada para formar um substrato ou uma película fino/a intermediário/a.

[0050] A desidratação no fio pode ser desempenhada por utilização de técnicas conhecidas com fio sistema de fio único ou de fio duplo, desidratação sem fricção, desidratação assistida por membrana, desidratação por infravermelho, desidratação assistida por vácuo ou ultrassom. Depois da seção de fio, a rede úmida pode ser adicionalmente desidratada e seca por pressionamento mecânico incluindo prensa de sapata, ar quente, secagem de radiação, secagem de convecção, etc..

[0051] Opcionalmente, pressionamento de rede e/ou secagem de contato podem ser utilizadas para remover umidade a partir da rede úmida.

[0052] Dependendo da secura da rede úmida no tempo de adição das partículas e dependendo da desidratação, a distribuição lateral e vertical e infiltração das partículas dentro da película pode ser controlada. Se a rede úmida possui um alto conteúdo seco, isto é, conteúdo de umidade relativamente baixo no tempo de adição das partículas e se desidratação é predominantemente realizada em uma direção, as partículas irão tipicamente não ser uniformemente distribuídas na película. As partículas irão, então, na sua maior parte estarem presentes sobre a lateral da película correspondendo para a lateral da rede úmida para a qual as partículas foram adicionadas no processo em concordância com a presente invenção. Por conseqüência, em uma seção transversal da película, pelo menos 70% das partículas podem estar presentes em uma metade da seção transversal, correspondendo para a lateral da rede úmida para a qual as partículas foram adicionadas, e menos do que 30% das partículas podem estar presentes na outra metade da seção transversal. A distribuição de partículas pode ser avaliada por análise química, tal como espectroscopia de FTIR e/ou RAMAN, acoplada com análise elementar e/ou imagem de seção transversal.

[0053] A película ou o laminado podem também ser aplicada/os para outros produtos de papel, tal como recipientes de alimentos, folhas de papel, placas de papel ou papelões ou outras estruturas que necessitam ser protegidas por uma película de barreira.

[0054] A película obtida em concordância com a presente invenção é tipicamente de maneira tal que é possível imprimir sobre a película utilizando métodos de impressão conhecidos no estado da técnica.

[0055] Vantajosamente, a película obtida pelo processo em concordância com a presente invenção retém suas propriedades hápticas quando laminada ou de outra forma aplicada sobre outras estruturas de papel ou de papelão. Exemplos

[0056] Películas (30 gsm) preparadas a partir de dispersão de MFC foram preparadas por filtragem a vácuo. Amostras (ver a Tabela 1) foram adicionadas para a película úmida (5% em peso – 6% em peso de conteúdo seco) ou película semiúmida (25% em peso – 30% em peso de conteúdo seco) no estágio final da filtragem a vácuo. As amostras foram adicionadas por aspersão manualmente em cima da película úmida ou película semiúmida. Depois da adição de amostra, as películas úmidas ou semiúmidas foram secas em um secador de tambor a 800C por pelo menos 90 minutos.

[0057] As películas resultantes foram inspecionadas visualmente antes e depois de um teste de gravação. O teste de gravação foi realizado por atamento de uma fita (Scotch crystal) para a superfície e subseqüentemente destacamento da fita. As películas foram caracterizadas utilizando uma análise sensorial manual (Tabela 1).

Tabela 1. Amostras, aparência Amostra Tamanho médio de Aparência partícula estimado Barrisurf LX (caulim), < 2 m Lisa, suave superfície úmida Barrisurf LX (caulim), < 2 m Lisa, suave superfície semiúmida Microtalc, Cerca de 1 m – 8 m Lisa, escorregadia, suave, superfície semiúmida algum material se destaca Arbocel CW 620, > 8 m (diâmetro de fibra) Pulverulenta, suave, semi-úmida < 2.000 m (comprimento de fibra) algum material se destaca Actigum, > 10 m Rugosa, granular, semiúmida lixa áspera Micro-Technik CMC, 10 m – 40 m Lixa fina, rugosa, DS = 0,26, semiúmida (diâmetro de fibra) peluda Micro-Technik CMC, 10 m – 40 m Rugosa DS = 0,26, semiúmida, (diâmetro de fibra) adição mais lenta Partículas a partir de Espessura 10m – 40 m, Rugosa, granular, pinho refinado Hansamix comprimento 0,1 mm – 4 mm algum material se destaca

[0058] Em vista da descrição detalhada anteriormente da presente invenção, outras modificações e variações irão se tornar aparentes para aqueles peritos especializados no estado da técnica. Entretanto, deveria ser aparente que tais outras modificações e variações podem ser efetuadas sem afastamento a partir do espírito e do escopo da presente invenção.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES

1. Um processo para a produção de um substrato ou de uma película (filme) fino/a intermediário/a compreendendo as etapas de: (a) provisão de uma suspensão compreendendo celulose microfibrilada, em que o conteúdo da celulose microfibrilada de referida suspensão é de pelo menos 50% em peso com base sobre o conteúdo seco de sólidos da suspensão; (b) utilização da suspensão de etapa (a) para formar uma rede úmida; (c) adição de partículas possuindo um diâmetro médio de pelo menos 1 m para a rede úmida formada na etapa (b); (d) desidratação e/ou secagem da rede para formar um substrato ou película (filme) fino/a intermediário/a.

2. Um processo de acordo com a reivindicação 1, em que pelo menos 50% em peso das partículas adicionadas são orgânicas.

3. Um processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, em que a quantidade de partículas adicionadas para a rede úmida é de pelo menos 1 kg sobre base seca por tonelada de sólidos secos da rede formada na etapa (b).

4. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 3, em que a rede úmida é formada por formação de fundido (de moldagem).

5. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 4, em que as partículas são adicionadas por revestimento de cortina, formação de fundido ou pulverização.

6. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 5, em que as partículas possuem um diâmetro médio de pelo menos 10 m.

7. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 6, em que o conteúdo de celulose microfibrilada da suspensão na etapa (a) é de pelo menos 60% em peso com base sobre o peso de sólidos da suspensão.

8. Uma película (um filme) obtida de acordo com o processo de conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 – 7.

9. Uma película de acordo com a reivindicação 8 possuindo uma propriedade háptica.

10. Uma película de acordo com a reivindicação 9 em que a propriedade háptica é textura e/ou um efeito óptico.

11. Uma película de acordo com a reivindicação 10, em que mais do que um efeito sensorial é conseguido.

12. Um produto compreendendo uma película (um filme) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 8 – 11.